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可以被解理到少層并能保持長程磁有序的二維材料無論對于基礎(chǔ)物理研究還是自旋電子學(xué)器件應(yīng)用都具有重要價值，在近年來成為科學(xué)界關(guān)注的熱點。目前被廣泛研究的磁性二維材料都或多或少具有一些諸如空氣敏感、大單晶制備困難、居里溫度低、磁各向異性弱等缺點，因此積極探索具有優(yōu)異物性的新型磁性二維材料具有重要意義。

中國人民大學(xué)團(tuán)隊近日發(fā)現(xiàn)一種可制備厘米量級單晶的全新三元化合物FePd₂Te₂，。通過結(jié)構(gòu)解析和密度泛函理論計算發(fā)現(xiàn)這是一個具有Fe原子組成的準(zhǔn)一維Z型Fe鏈結(jié)構(gòu)的二維材料（圖1），機(jī)械剝離實驗可以得到厚度低于5納米的少層薄片。磁化率、輸運(yùn)、比熱和中子散射實驗結(jié)果表明，F(xiàn)ePd₂Te₂是一個居里溫度為183K的鐵磁金屬，具有沿著解理面內(nèi)方向的強(qiáng)單軸磁各向異性和大矯頑場的硬磁性，并且還表現(xiàn)出巡游磁性和強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子行為（圖2）。有趣的是，掃描隧道顯微鏡實驗在FePd₂Te₂中觀測到一種奇特的面內(nèi)準(zhǔn)一維Fe鏈轉(zhuǎn)角90度的孿晶結(jié)構(gòu)。并且在孿晶結(jié)構(gòu)和單軸磁各向異性共同作用下，F(xiàn)ePd₂Te₂在解理面內(nèi)形成一種非常少見的自旋紋理結(jié)構(gòu)（圖1）。綜合上述研究結(jié)果，F(xiàn)ePd₂Te₂首先是一種空氣穩(wěn)定、可制備大尺寸單晶的新型磁性二維材料，為二維磁性領(lǐng)域的研究提供了一個嶄新的材料平臺。并且它奇特的一維與二維交織的晶體結(jié)構(gòu)、面內(nèi)單軸各向異性以及孿晶控制的自旋紋理結(jié)構(gòu)，預(yù)示著未來在其中探索新奇量子現(xiàn)象和實現(xiàn)自旋電子學(xué)器件應(yīng)用的重要價值。    

圖1：FePd₂Te₂的晶體結(jié)構(gòu)、晶體照片及STM顯示的Fe鏈及孿晶結(jié)構(gòu)。 

圖2：FePd₂Te₂塊體的磁性質(zhì)和薄層樣品的反?；魻栃?yīng)。      

相關(guān)研究成果以“FePd₂Te₂: An Anisotropic Two-Dimensional Ferromagnet with One-Dimensional Fe Chains”為題發(fā)表在2024年7月24日在線出版的《美國化學(xué)會志》[J. Am. Chem. Soc., 2024  DOI: 10.1021/jacs.4c04910]上。物理學(xué)系程鵬副教授、程志海教授和強(qiáng)磁場中心鄭國林研究員為論文的共同通訊作者。物理學(xué)系博士生史秉賢為論文第一作者，物理學(xué)系博士生耿燕燕、強(qiáng)磁場中心博士生王恒寧和衢州學(xué)院楊建輝教授為論文共同第一作者，論文其他合作者還包括中國原子能科學(xué)研究院郝麗杰研究員團(tuán)隊和中國人民大學(xué)物理學(xué)系中子團(tuán)隊，論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c04910

程鵬博士簡介

程鵬，中國人民大學(xué)物理學(xué)系副教授。2011年于中科院物理所取得博士學(xué)位，2013年在德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)FRM2反應(yīng)堆做訪問科學(xué)家，2011年8月起就職于中國人民大學(xué)。2019年建設(shè)完成國內(nèi)首臺冷中子三軸極化譜儀“行知”并負(fù)責(zé)譜儀的運(yùn)行。主要研究方向為利用中子散射實驗手段研究非常規(guī)超導(dǎo)、二維磁性、量子磁性材料中的奇異物性。在包括Nature子刊、Phys. Rev. Lett., J. Am. Chem. Soc., Appl. Phys. Lett., Phys. Rev. B等期刊發(fā)表SCI論文60余篇，文章總被引次數(shù)超過2800次。