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Nature前沿动态:低温强磁场共聚焦显微镜助力CrI3在新兴潜在领域中的应用

中国教育装备采购网 2021/4/1 9:10:42 围观0次 我要分享

  自二维磁性材料被成功制备以来,人们一直极度关注磁性的调控,特别是对三碘化铬(CrI3)而言,更是受到广泛的研究和众多的文献报道。CrI3薄片可以很容易地从大块CrI3中剥离,就像石墨烯可以从石墨中剥离一样。也有多篇文献报道CrI3单分子膜具有层间反铁磁序,并且在施加外场后,可以实现从反铁磁性到铁磁性的转变,并观察到巨大的隧穿磁阻。令人惊讶的是,CrI3双层膜表现出反铁磁性,而三层膜又是铁磁性的。

  近期,Jie Shan和Kin Fai Mak(美国康奈尔大学)的研究小组在理解CrI3薄膜厚度对磁基态依赖性的物理起源方面取得了显著突破。此外,他们的研究成果为类似薄膜的磁性调控开辟了道路。在他们的研究中,基于attocube的低温恒温器在各种实验技术中都起到了关键性作用。

  近期,该课题组就最新的研究成果发表了多篇论文。详细的发现如下:材料科学家不仅要了解材料的特性,而且需要能设计出具有所需特性的材料并在器件中实现。当涉及到设计所需的性能,范德瓦尔斯材料(vdWMs)已被证明是特别有益的。然而,在范德瓦尔斯材料中缺乏磁性材料,磁性材料在技术上可用于数据存储或传感器。CrI3是一种罕见的具有本征磁性的范德瓦尔斯材料,尽管这种情况只发生在低温下并且材料对空气敏感。CrI3近年来已成为研究和开发范德瓦尔斯材料有用特性的重要平台。

Nature前沿动态:低温强磁场共聚焦显微镜助力CrI3在新兴潜在领域中的应用

图1. 双层CrI3中,磁圆二色信号在不同温度下随磁场变化曲线,揭示了压致铁磁性在~60 K下仍然存在[1]

  Jie Shan和Kin Fai Mak(美国康奈尔大学)的小组以面向应用的方式广泛研究了CrI3薄片的磁有序性。研究成果显示CrI3中的层间反铁磁耦合在转变为铁磁性之前,可以在压力下被调谐近100%[1]。此外,在双层CrI3中,通过电场调控技术,证明了反铁磁共振在几十GHz范围内的可调谐性,表明了CrI3在超高速数据存储和处理方面的潜力[2]

Nature前沿动态:低温强磁场共聚焦显微镜助力CrI3在新兴潜在领域中的应用

图2. CrI3制成的机械谐振器中,机械振幅随驱动频率在磁场中的变化(磁场扫描范围-1T-1T)[3]

  研究也为磁驱动和磁传感的潜在应用奠定了基础。该小组证明了双层反铁磁CrI3中的磁致伸缩:在由CrI3制成的机械谐振器中,共振频率取决于材料的磁性状态[3]

Nature前沿动态:低温强磁场共聚焦显微镜助力CrI3在新兴潜在领域中的应用

图3. 基于双层CrI3的电学器件光学照片[4]

  利用电场控制CrI3层间磁序的特性,课题组设计并测试了一种基于CrI3的自旋晶体管。该器件中的磁化配置不受自旋电流控制,而由栅极电压控制,自旋晶体管可以实现约400%的电导比,这适用于非易失性存储器应用[4]

  以上的结果是借助于attoDRY1000和attoDRY2100低温恒温器获得的,这些低温恒温器可以与拉曼光谱、磁圆二色性、磁光克尔效应和隧道磁阻测量等多种实验技术结合使用。

Nature前沿动态:低温强磁场共聚焦显微镜助力CrI3在新兴潜在领域中的应用

图4:低振动无液氦磁体与恒温器—attoDRY系列,超低振动是提供高分辨率与长时间稳定光谱的关键因素。

http://qd-china.com/zh/pro/detail/3/1912041697862

  attoDRY2100+CFM I主要技术特点:

  + 应用范围广泛:  PL/EL/ Raman等光谱测量

  + 变温范围:1.8K - 300K

  + 空间分辨率:< 1 mm

  + 无液氦闭环恒温器

  + 工作磁场范围:0...9T (12T, 9T-3T,9T-1T-1T矢量磁体可选)

  + 低温消色差物镜NA=0.82

  + 精细定位范围: 5mm X 5mm X 5mm @ 4K

  + 精细扫描范围:30 mm X 30 mm@4K

  + 可进行电学测量,配备标准chip carrier

  + 可升级到AFM/MFM、PFM、ct-AFM、KPFM、SHPM等功能

  参考文献:

  [1] T. Li et al., Pressure-controlled interlayer magnetism in atomically thin CrI3, Nature Mater. 18, 1303 (2019)

  [2] X.-X. Zhang et al., Gate-tunable spin waves in antiferromagnetic atomic bilayers, Nature Mater. 19, 838 (2020)

  [3] S. Jiang et al., Exchange magnetostriction in two-dimensional antiferromagnets, Nature Mater. 19, 1295 (2020)

  [4] S. Jiang et al., Spin tunnel field-effect transistors based on two-dimensional van der Waals heterostructures, Nature Electron. 2, 159 (2019)

  相关产品:

  无液氦低温强磁场共聚焦显微镜:http://bm3v.cn/product/20160315781.shtml

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