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物理学家首次制作出二维磁体

来源:科学网6月12日发布时间:2017-06-13

从2004年发现石墨之后,二维材料的数量就呈现出爆发式增长。然而,这个单原子半导体、绝缘体和超导体群体却缺少了一个成员:磁体。实际上,在此之前,物理学家并能否实现二维磁体。

在近日发表于《自然》的文章中,研究人员报告了首个真正意义上的二维磁体,它由一种叫作三氧化铬的化合物制作而成。此次发现最终将会带来新的数据储存设备,并推动量子计算机设计。现在,二维磁体可以让物理学家进行此前不可能开展的实验,并验证基础的磁性理论。

美国麻省理工学院凝聚态物理学家Pablo Jarillo-Herrero和西雅图华盛顿大学的Xiaodong Xu在2016年碰面之前一直在分别寻找二维磁体。他们决定携手研究。“这是个原理性问题,有一大块存在缺失。”Jarillo-Herrero说。

Xu和Jarillo-Herrero选择用三氧化铬进行研究,这是一种晶体堆积的薄片,可以用“透明胶带法”被分开:用黏性胶带剥至更薄层以制作二维材料的一种方法。他们同时被这种化学物质的磁性特征所吸引。

像冰箱磁铁一样,三氧化铬是一种磁性物质——由于电子自旋能够产生永久性磁场的一种材料。三氧化铬还具有各向异性(非均质性),这意味着其电子旋转方向存在倾向性,在这种情况下垂直于晶体面。这些基本特征让Xu和Jarillo-Herrero认为,三氧化铬在剥落到单层原子时能够保留其雌性特征。这是其他二维材料不具备的特征。

该团队发现,单原子层三氧化铬不仅具备磁性,而且这种特性在温度相对较高情况下依然存在:228℃。他们还发现,两层三氧化铬材料堆叠在一起没有磁性,而再加入另一层材料之后变重新获得磁性。如果加上第四层之后,这种材料依然具有磁性,但却具备了其他的特征,研究人员表示,他们正在对此做进一步研究。(冯维维)

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