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至半导体所二维半导体的磁性掺杂研究取得进展

2021年10月07日

半导体所二维半导体的磁性掺杂研究取得进展 半导钢铁检测中心等体所2维半导体的磁性搀杂研究获得进展 时间:2017⑴2⑵2 11:41:00

在2维材料的研究领域中,磁性2维材料具有更加丰富的物理图象,并且在未来的自旋电子学中有重要的潜伏利用,而愈来愈遭到人们的关注。搀杂是实现2维半导体能带工程的重要手段,如果在2维半导体材料中搀杂磁性原子,则这些材料可能在保持原有半导体光电特性的同时具有磁性。近半导体所半导体超晶格国家重点实验魏钟鸣研究员和李京波研究员的科研团队,在铁搀杂2维硫化锡晶体的光、电和磁性研究方面获得新进展。

硫化锡是1种光电性能优良的2维范德华半导体材料,并且是目前报导的光电响应时间快的2维半导体材料之1。该材料无毒、环境友好,含量较丰富而且易于制备。该研究团队通过用传统的化学气相输运法摸索生长条件,取得不同搀杂浓度的高质量的Fe-SnS2单晶,然后通过机械剥离法取得2维Fe-SnS2纳米片。扫描透射电子显微镜结果表明,Fe原子是替位搀杂在Sn原子的位置,并且均匀散布。通过生长条件的调控,结合X射线光电子能谱分析,可以取得1系列不同的晶体,铁的搀杂浓度分别为2.1、1.5、1.1。单层Fe0.021Sn0.979S2的场效应晶体管测试表明该材料是n型,开关比超过106,同时迁移率为8.15 cm2V⑴s⑴,光响应度为206 mAW⑴,显示了良好的光电性能。

单晶片磁性测试表明,SnS2是抗磁性Natvar以热塑性塑料为基料的新型微细挤出医用导管的,Fe0.021Sn0.979S2和Fe0.015Sn0.985S2具有铁磁性,而Fe0.011Sn0.989S2则显示出顺磁性。实验测得Fe0.021Sn0.979S2的居里温度为31 K。当温度为2 K,外磁场沿垂直c轴和平行c年下降生产本钱7560万元以上轴方向时可以取得不1样的磁性,即强烈的磁各向异性。理论计算表明Fe-SnS2的磁性来源于Fe原子与相邻S原子的反铁磁耦合,而相“每一个人只有1个命运邻Fe原子间是铁磁耦合,这样在这类磁性原子搀杂材料中就构成了长程铁磁性。该研究表明铁搀杂硫化锡在未来的纳米电子学、磁学和光电领域有潜伏的利用。

该研究成果近期发表在Nature Communications上。博士生黎博为该论文的作者,魏钟鸣研究员为通讯作者。该工作得到中国科学院百人计划和国家自然科学基金委优秀青年科学基金、面上项目的资助。

编辑点评

最近几年来,2维范德华材料例如石墨烯、2硫化钼等由于其的结构、物理特性和光电性能而被广泛研究。技术利用与理论研究的进展推动对其认识不断深入,在1些新现象、新效应不断发现的情况下,这1领域的研究极为活跃正不断吸引新的研究兴趣。特别是,对利用广泛的2维半导体材料,其轨道磁化和在强磁场中的磁化强度的研究是探测材料基本性质的重要手段,对凝聚态物理的实验和理论研究都具有重要价值,值得详细研究。