二維 (2-D) 材料的出現(xiàn)為探索和調(diào)節(jié)二維極限中的奇異物理性質(zhì)提供了一個(gè)極好的平臺(tái)，并推動(dòng)了現(xiàn)代凝聚態(tài)物理和納米電子器件的發(fā)展。在各種奇異的物理性質(zhì)中，二維磁性是最重要的課題之一，在自旋電子學(xué)中顯示出潛在的應(yīng)用。近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)了一系列本征二維磁性材料，如CrI 3、Fe 3 GeTe 2然而，目前已發(fā)現(xiàn)的二維磁性材料大多在大氣中不穩(wěn)定，限制了二維磁性的進(jìn)一步研究和應(yīng)用。因此，關(guān)鍵問題是如何在空氣穩(wěn)定的二維材料中誘導(dǎo)磁性。

近日，北京大學(xué)王健教授與清華大學(xué)段文輝教授、北京大學(xué)張延峰教授合作，檢測(cè)了過渡金屬二硫?qū)倩颬tSe 2薄片中Pt空位引起的局域磁矩，揭示了其成因和薄片-局部磁矩的厚度依賴性。題為“Magnetic Moments Induced by Atomic Vacancies in Transition Metal Dichalcogenide Flakes”的論文在線發(fā)表于Advanced Materials. 北京大學(xué)王教授、清華大學(xué)段教授和北京大學(xué)張教授為本文的通訊作者。北京大學(xué)的葛軍、羅天創(chuàng)、清華大學(xué)的林祖章和武漢大學(xué)的石建平對(duì)這項(xiàng)工作做出了同等貢獻(xiàn)(共同第一作者)。

通過化學(xué)氣相沉積(CVD)生長(zhǎng)了厚度為 8-70 nm 的PtSe 2薄片，并且通過透射電子顯微鏡和選區(qū)電子衍射證實(shí)了它們的高結(jié)晶質(zhì)量。研究人員進(jìn)一步制造了不同厚度的PtSe 2器件并研究了它們的電傳輸特性。在高溫狀態(tài)下，縱向電阻隨著溫度的降低而降低，這是典型的金屬行為。有趣的是，隨著溫度的進(jìn)一步降低，縱向電阻呈對(duì)數(shù)增加，然后在超低溫下趨于飽和。

在低溫下，當(dāng)施加面內(nèi)磁場(chǎng)時(shí)會(huì)檢測(cè)到各向同性負(fù)磁阻 (NMR)。進(jìn)一步分析表明，縱向阻力隨溫度和各向同性核磁共振的降低呈對(duì)數(shù)增加源于近藤效應(yīng)。眾所周知的近藤效應(yīng)通常出現(xiàn)在摻雜有磁性雜質(zhì)的非磁性金屬中，這是由非磁性主體的傳導(dǎo)電子自旋與磁性雜質(zhì)之間的交換相互作用引起的。然而，表征結(jié)果表明PtSe 2薄片中沒有磁性元素。

理論計(jì)算揭示了PtSe 2薄片中局部磁矩的起源。PtSe 2薄片生長(zhǎng)過程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)Pt空位缺陷。Pt 空位導(dǎo)致三個(gè)相鄰硒原子的 p 軌道的占據(jù)自旋多數(shù)態(tài)和少數(shù)態(tài)的不對(duì)稱分布，最終產(chǎn)生局部磁矩。令人驚訝的是，觀察到的磁矩似乎與厚度有關(guān)。當(dāng)薄片厚度減小時(shí)，局部磁矩變大。理論上，樣品中的局部磁矩主要由樣品表面的 Pt 空位貢獻(xiàn)。隨著 PtSe 2厚度的減小片狀，表面與體積比增加，導(dǎo)致表面空位的相對(duì)比例增加。結(jié)果，每個(gè)缺陷感應(yīng)的平均磁矩隨著厚度的減小而增加，這與實(shí)驗(yàn)觀察一致。這項(xiàng)工作為非磁性二維材料，特別是空氣穩(wěn)定二維材料中原子尺度的磁性調(diào)制提供了一條新途徑，對(duì)自旋電子學(xué)和量子信息的發(fā)展具有潛在意義。

標(biāo)簽： 金屬二硫?qū)倩锉∑?/a>