北理工團(tuán)隊(duì)發(fā)表關(guān)于二維鐵磁半導(dǎo)體的前沿綜述文章
發(fā)布日期：2024-10-17 供稿：物理學(xué)院 攝影：物理學(xué)院
編輯：王莉蓉 審核：陳珂 閱讀次數(shù)：
近日,，北京理工大學(xué)物理學(xué)院周家東教授,、劉瑞斌教授,、鄭守君副教授和黃翔葳老師在化學(xué)化工領(lǐng)域頂級期刊《Chemical Society Reviews》（IF=""40.4）上發(fā)表題為“Emerging"" Two-Dimensional Ferromagnetic Semiconductors”的前沿綜述文章。
二維鐵磁半導(dǎo)體兼具本征鐵磁性和半導(dǎo)體特性,，因此能夠在原子尺度上精確操縱電荷,、自旋及其相互作用。這些特征使其成為探索下一代高速,、非易失性存儲器件的理想選擇,。先前關(guān)于鐵磁半導(dǎo)體的報(bào)道主要集中于濃磁半導(dǎo)體和稀磁半導(dǎo)體。然而,，這類三維鐵磁半導(dǎo)體的應(yīng)用受到了諸多挑戰(zhàn)，如濃磁半導(dǎo)體較低的居里溫度（T c ）,、與傳統(tǒng)硅的兼容性差,，以及稀磁半導(dǎo)體中不可控的磁缺陷和磁性金屬離子的有限溶解度。盡管二維金屬性鐵磁體在減小硬盤尺寸和降低能耗方面展現(xiàn)出巨大潛力,，但僅依靠半導(dǎo)體的電荷操縱和磁性材料的自旋操縱已經(jīng)不足以滿足現(xiàn)代電子產(chǎn)品對持續(xù)小型化,、低能耗和高性能器件的需求。二維鐵磁半導(dǎo)體因其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)為磁性的設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)方面提供了新的自由度,。近期,，在雙層Ce2Ge2Te6（30 K）和單層CrI3（45 K）中均證明了本征鐵磁性的存在。這些發(fā)現(xiàn)促使科學(xué)家們?nèi)ふ腋嗑哂懈呔永餃囟鹊亩S鐵磁半導(dǎo)體以推動(dòng)其在自旋電子學(xué)中的應(yīng)用,。然而,，這些二維鐵磁半導(dǎo)體的不穩(wěn)定性、復(fù)雜的相態(tài)和復(fù)雜的反應(yīng)過程使得可控合成仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn),。因此,，亟需深入闡述詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)和相關(guān)的生長機(jī)制，并開發(fā)一種通用且有效的二維鐵磁半導(dǎo)體生長方法,，從而為其性質(zhì)及潛在應(yīng)用的探索奠定基礎(chǔ),。
在這篇綜述中，作者總結(jié)了二維鐵磁半導(dǎo)體的最新進(jìn)展,。首先,，簡要介紹了涵蓋過渡金屬鹵化物、過渡金屬硫族化合物,、過渡金屬硫鹵化合物和過渡金屬磷硫化合物在內(nèi)的新興的二維鐵磁半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì),。其次，呈現(xiàn)了二維鐵磁半導(dǎo)體的奇異物理性質(zhì)如磁各向異性,、巨磁阻,、量子反常霍爾效應(yīng),、skyrmion演化以及多鐵性和磁電性的最新進(jìn)展,。同時(shí),，針對性地總結(jié)了二維鐵磁半導(dǎo)體的生長方法，如分子束外延,、化學(xué)氣相沉積,、機(jī)械剝離和熔劑輔助生長等技術(shù)。然后,，重點(diǎn)闡述了相關(guān)的生長機(jī)制,，包括基于競爭反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)生長機(jī)制、氧氣抑制機(jī)制,、種子工程機(jī)制和熔融結(jié)晶機(jī)制,。同時(shí)，概括了二維鐵磁半導(dǎo)體中有效的磁性調(diào)方法,，包括應(yīng)變,、界面、電場,、光,、磁場、插層和層間耦合,，這些方法對于磁隧道結(jié)和自旋場效應(yīng)晶體管等器件應(yīng)用至關(guān)重要,。最后，討論了二維鐵磁半導(dǎo)體的所面臨的挑戰(zhàn),、機(jī)遇和潛力,，深入探討了它們未來的發(fā)展趨勢和器件應(yīng)用前景。
北京理工大學(xué)為該工作的第一完成單位,。北京理工大學(xué)物理學(xué)院的周家東教授,、劉瑞斌教授、鄭守君副教授以及黃翔葳老師為本論文的共同通訊作者,，博士生孔德男為論文的第一作者,。該工作得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
文章鏈接：DOI: https://doi.org/10.1039/D4CS00378K
文章信息（*為通訊作者）：Denan Kong, Chunli Zhu, Chunyu Zhao, Jijian Liu, Ping Wang, Xiangwei Huang,* Shoujun Zheng,* Dezhi Zheng, Ruibin Liu* and Jiadong Zhou*,，“Emerging two-dimensional ferromagnetic semiconductors”,， Chem. Soc. Rev ., 2024.
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