Synthèse de flocons minces magnétiques Van Der Waals à température ambiante stables à l'air

Accueil > Presse > Synthèse de fines lamelles magnétiques van der Waals à température ambiante et stables à l'air

( a ) Schéma de la transition de phase dominée par le principe HSAB ( b ) Image en coupe transversale par microscopie électronique à transmission à balayage à fond noir annulaire à angle élevé (STEM) de l'échantillon t = 14 nm ayant réagi. ( c ) Cartographie par spectromètre à dispersion d'énergie à résolution atomique (EDS) des éléments Pt et Te. ( d ) Spectre Raman de l'échantillon obtenu. L'encart montre la structure du réseau de PtTe2. (e) Cartographie EDS de l'élément Ge. ( f ) Spectres de spectroscopie de perte d'énergie électronique (EELS) de vdW PtTe2Ge1 / 3 (carré bleu) et du Cr substitué à la surface (carré rouge). Les doubles pics autour de 584 eV, les pics simples autour de 532 eV et 615 eV sont des caractéristiques de Cr, O et Te, respectivement. L'encart montre l'image à basse résolution. Barre d'échelle : 2 nm. La couche brillante supérieure de l'image est la couche protectrice (platine) pour la préparation des échantillons STEM.
CRÉDIT
© Science China Press

Résumé:
Depuis leur récente découverte, les aimants bidimensionnels (2D) van der Waals (vdW) sont devenus le point névralgique de la science des matériaux. Le magnétisme 2D est également devenu l'un des domaines les plus prometteurs dans la recherche de la matière condensée. Avec diverses performances intéressantes, les aimants vdW 2D possèdent un potentiel d'application important dans la magnétoélectronique topologique, la spintronique à faible puissance, l'informatique quantique et la communication optique.

Synthèse de flocons minces magnétiques van der Waals à température ambiante et stables à l'air

Pékin, Chine | Publié le 30 septembre 2022

Bénéficiant d'une structure d'empilement en couches, de minces flocons d'aimants vdW peuvent être facilement exfoliés à partir de cristaux et construits de manière flexible en hétérostructures. Par conséquent, par rapport aux films minces magnétiques traditionnels, ils présentent des effets d'interface supérieurs et de nouveaux phénomènes physiques. Cependant, chaque pièce a deux faces, les aimants vdW ont deux graves faiblesses. Leur température de Curie (TC) est généralement bien inférieure à la température ambiante et les flocons minces seront rapidement oxydés à l'air, ce qui entraîne des difficultés à la fois dans les recherches fondamentales et les applications pratiques. Par conséquent, l'évaluation du TC et de la stabilité de l'air est devenue l'un des axes de recherche des matériaux magnétiques vdW, ce qui est d'une grande importance pour leurs applications pratiques.

Dirigée par le professeur Feng Pan et le professeur Cheng Song (Key Laboratory of Advanced Materials, School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University), l'équipe de recherche analyse l'origine de ces faiblesses des aimants vdW et conçoit une réaction de déplacement anormale pour synthétiser de nouveaux flocons minces magnétiques vdW qui possèdent à la fois un TC à température ambiante et une grande stabilité à l'air.

L'équipe de recherche avance que l'oxydation facile des matériaux magnétiques vdW traditionnels peut être expliquée par le principe Hard-Soft-Acid-Base (HSAB) qui illustre l'instabilité entre des éléments incompatibles. Pendant ce temps, le faible TC peut être amélioré par un fort couplage spin-orbite. En conséquence, l'induction du magnétisme par dopage non magnétique ordonné à haute densité dans des matériaux non magnétiques vdW naturellement stables avec un fort couplage spin-orbite (PtTe2) est un moyen réalisable de réaliser des aimants vdW à température ambiante et stables. Le problème semble résolu ici. Cependant, sur la base des méthodes traditionnelles, il est difficile d'introduire un dopage uniforme en couches à haute densité, tendant à former un dopage ségrégué ou des secondes phases. L'inspiration vient d'un aimant vdW traditionnel Cr2Ge2Te6, dans lequel les atomes de Ge ont déjà été uniformément disposés dans le réseau Cr-Te vdW. L'équipe examine si le Pt peut remplacer les atomes de Cr de Cr2Ge2Te6 dans la réaction de déplacement, tandis que les atomes de Ge d'origine pourraient être naturellement intégrés dans le réseau Pt-Te vdW et induire un ferromagnétisme ordonné à longue distance. Cette réaction de déplacement semble opposée à l'ordre d'activité du métal (Cr > Pt), mais HSAB montre que Pt peut être plus étroitement lié à Te par rapport à Cr, qui peut également dominer cette réaction.

Les expériences commencent par la fabrication de l'hétérostructure Cr2Ge2Te6/Pt, suivie du processus de recuit pour fournir l'énergie d'activation de la réaction. De manière satisfaisante, les résultats sont conformes à l'attente théorique. Les caractérisations structurelles démontrent que dans les échantillons minces, les atomes de Cr sont complètement remplacés par des atomes de Pt et la structure PtTe2 vdW est formée avec l'insertion uniforme en couches d'atomes de Ge. Un nouveau flocon mince vdW PtTe2Ge1/3 est obtenu. "Bien que cette réaction surprenante soit différente de la cognition traditionnelle mais toujours raisonnable." Le professeur Song a déclaré: "Les matériaux VdW présentent toujours des phénomènes inattendus."

En outre, le TC à température ambiante et la stabilité élevée à l'air dans PtTe2Ge1/3 sont démontrés. Grâce aux mesures optiques et électriques, le ferromagnétisme à température ambiante ci-dessus est observé. Sur la base des calculs du premier principe, le ferromagnétisme est attribué à l'hybridation orbitale déséquilibrée Pt-Te avec les atomes de Ge intégrés. La persistance du magnétisme avec une exposition à l'air pendant des mois démontre la grande stabilité à l'air de PtTe2Ge1/3.

"La réalisation d'une grande stabilité à l'air dans les flocons minces ferromagnétiques vdW à température ambiante est une percée dans les aimants vdW qui ferait progresser à la fois l'étude et l'application des matériaux magnétiques vdW." Le professeur Pan a déclaré: "L'idée de la réaction de déplacement pourrait également être éclairante pour les recherches parmi les différentes familles de vdW."

####

Pour plus d'informations, veuillez cliquez ici

Contacts :
Bei Yan
Science Chine Presse

Contacts experts

Chanson Cheng
Key Laboratory of Advanced Materials, School of Materials Science and Engineering, Beijing Innovation Center for Future Chips, Université Tsinghua

Casserole Feng
Key Laboratory of Advanced Materials, School of Materials Science and Engineering, Beijing Innovation Center for Future Chips, Université Tsinghua

Si vous avez un commentaire, veuillez Contactez-Nous .

Les émetteurs de communiqués de presse, et non 7th Wave, Inc. ou Nanotechnology Now, sont seuls responsables de l'exactitude du contenu.

Signet: