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  • MIT物理研究生大丽花克莱恩(左)和大卫博士后麦克尼尔表明,磁序和层叠顺序在二维磁体如氯化铬和铬,碘化非常密切相关,给工程师的工具,以改变材料的磁特性。

    MIT物理研究生大丽花克莱恩(左)和大卫博士后麦克尼尔表明,磁序和层叠顺序在二维磁体如氯化铬和铬,碘化非常密切相关,给工程师的工具,以改变材料的磁特性。

    照片:丹尼斯paiste /材料研究实验室

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  • 三氯化铬的块状单晶,层状二维范德华反铁磁体。

    三氯化铬的块状单晶,层状二维范德华反铁磁体。

    照片:大卫·麦克尼尔

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控制2-d与磁堆叠顺序

MIT物理研究生大丽花克莱恩(左)和大卫博士后麦克尼尔表明,磁序和层叠顺序在二维磁体如氯化铬和铬,碘化非常密切相关,给工程师的工具,以改变材料的磁特性。

MIT的研究人员发现为什么磁在某些材料在原子级薄层和它们的散装形式不同。


记者联系

丹尼斯paiste
电子邮件: dpaiste@mit.edu
电话:603-479-5600
材料研究实验室

研究人员领导的物理学教授麻省理工大学 巴勃罗jarillo - 埃雷罗 去年表明,在一个特定的旋转六角结构的石墨烯层“魔角”可以由绝缘状态改变材料的电子性能的超导状态。现在研究人员在同一组和他们的合作者已经证明,在不同的超薄材料还具有一个蜂窝状原子结构 - 铬三氯化(CRCL3) - 它们能够通过移动的层的堆叠顺序改变材料的磁特性。

研究人员以相同的方式研究人员从石墨剥开石墨烯使用磁带剥离三氯化铬的二维(2-d)层。然后,他们研究使用电子隧穿的2-d三氯化铬的磁特性。他们发现,该磁由于在相邻层之间的原子不同的堆叠安排是在2-d和3-d晶体不同。

在高温下,在三氯化铬每个铬原子具有波动像一个微小的罗盘针一磁矩。实验表明,当温度下降到低于14开尔文(-434.47华氏度),深度在低温温度范围内,这些磁矩冻结成一个有序的图案,在交替层(反铁磁性)在相反的方向指向。三氯化铬的所有层的磁方向可以通过施加磁场对准。但研究人员发现,在其2-d的形式,该对准需要的磁力比在3-d晶体强10倍。该 结果 近期发表在网上 物理性质.

“我们现在看到的是,它是很难的10倍相比,散装,我们衡量使用电子隧穿磁场对准层的薄极限,”澳门太阳城最新网站物理学研究生大丽花[R说。克莱因,美国国家科学基金会研究生研究员,该论文的主要作者之一。物理学家称为对准相对层的层间的交换相互作用的磁性方向所需的能量。 “另一种方式去思考的是,中间层交流互动,相邻层多么想成为反向对齐,”研究员主要作者,澳门太阳城最新网站博士后戴维·麦克尼尔建议。

研究人员在属性能量该变化在2-d氯化铬的原子的稍微不同的物理布置。 “中,铬原子形成在每个层中的蜂窝结构体,所以它基本上堆叠的方式不同蜂窝,”克莱因说。 “大的事情是我们证明磁和堆叠顺序在这些材料非常强烈的联系。”

“我们的工作亮点2-d磁铁的磁性能如何从他们的3-d同行非常显着的不同,”资深作者巴勃罗jarillo - 赫雷罗,塞西尔和物理学的IDA格林教授说,“这意味着我们现在有新一代的高度可调的磁性材料,有两个新的基础物理实验和潜在的应用自旋电子学和量子信息技术的重要意义“。

层非常弱耦合在这些材料中,已知为范德华磁铁,这是可以很容易地从胶粘带3-d晶体除去的层。 “就像石墨烯,层内的键非常强,但只有相邻层之间非常弱的相互作用,所以你可以使用带几个隔离层的样本,”克莱因说。

麦克尼尔和克莱因增长的氯化铬样品,制造和测试纳米电子器件,并分析了它们的结果。研究人员还发现,三氯化铬从室温到低温温度冷却时,材料的3-d晶体经历了2-d晶体做不是结构过渡。这种结构上的差异占对齐在2 d晶体磁所需的较高能量。

研究人员通过使用拉曼光谱法测量的2-d层的堆叠顺序,并制定了数学模型来解释涉及改变磁性方向的能量。合着者,哈佛大学博士后 丹尼尔吨。拉森 说,他分析拉曼数据的曲线显示出其变化的峰值位置与三氯化铬样品的旋转,确定所述变化是由层的堆叠图案引起的。 “资本此连接上,大丽花和大卫已经能够使用拉曼光谱,了解他们的设备的晶体结构,这将是非常困难的,否则测量的细节,”拉森说。 “我认为,这种技术将是一个非常有益的补充工具箱为研究超薄结构和设备。”在物理学澳门太阳城最新网站助理教授的实验室进行的拉曼光谱实验材料科学与工程研究生钱歌的部门 里卡尔多·科曼。两者也都是论文的共同作者。

“这项研究确实凸显了理解这些范德瓦耳斯如何磁铁薄极限的行为堆叠顺序的重要性,”克莱因说。

麦克尼尔补充说,“为什么2-d晶体具有不同的磁特性了困扰我们很长时间的问题。我们很高兴终于明白为什么发生这种情况,这是因为结构转型。”

这项工作建立在之前两年的研究为2-d磁铁在jarillo-雷罗小组在华盛顿大学与研究人员合作,由教授晓东许,谁是材料科学和工程学,物理学等部门联合任命的带领下,和电气和计算机工程,等等。他们的工作,这是发表在 性质  在2017年6月,显示出对第一次不同的材料具有类似的晶体结构 - 铬三碘化物(CRI3) - 也是在2-d形式表现不同比在本体,与少层的样品示出不同于铁磁3-d晶体反铁磁性。

jarillo-雷罗小组继续在5月2018年表现 科学  该三碘化铬响应于所施加的磁场在低温下表现出电阻的急剧变化。这项工作表明,电子隧穿是研究的2-d的结晶磁力有用的探针。克莱因和麦克尼尔也是本文的第一作者。

最新发现的华盛顿晓东教授许的大学说,“工作提出了一个非常聪明的做法,即结合隧道测量与偏振解决拉曼光谱。前者是将层间反铁磁性敏感,而后者则是晶体的对称性的一个敏感的探针。这种方法提供了一种新的方法,以允许其他人在社会上揭开分层磁铁的磁性“。

“这项工作是在与其他几个最近发表的作品音乐会,”徐说。 “起来,这些作品揭示通过分层范德提供了独特的机会范德华磁铁,即通过控制堆叠顺序工程磁有序。它是新的磁性状态任意创造,以及在可重新配置的设备潜在的应用是有用的。”

其他作者有利于这项工作包括efthimious kaxiras,纯净的约翰·凡扶累克教授和哈佛大学应用物理学;哈佛研究生味香方;爱荷华州立大学特聘教授(凝聚态物理)保罗·C。坎菲尔德;爱荷华州立大学研究生徐明宇;和Raquel一个。里贝罗,爱荷华州立大学和ABC联邦大学,巴西Santo Andre的。这项工作是由中心综合量子材料,美国的部分资助科学基础能源科学计划的能源办公室的部门,Gordon和Betty Mo要么e基金会的epiqs主动性和阿尔弗雷德页。斯隆基金会。


主题: 材料研究实验室, 物理, 材料科学与工程, 科学学院, 工程学院, 纳米科学和纳米技术, 磁铁, 2-d

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