李梦歌,傅 瑜,何俊宝

(南阳师范学院 物理与电子工程学院,河南 南阳 473061)

0 引 言

二维层状磁性半导体材料兼具磁性和半导体特性, 在纳米自旋电子器件中具有重要的应用前景[1-5]. 二维层状磁性半导体材料层内以强的共价键或离子键结合而成, 而层与层之间依靠弱的范德华力堆叠在一起. 由于层间弱的相互作用力, 在外力的作用下, 层与层很容易相互剥离, 从而形成二维层状材料, 这使其易于制备异质结和相关的电子器件[1-5]. 因此, 近年来二维层状磁性半导体材料兼具磁性和半导体特性已引起物理、化学及材料学界的极大关注, 成为新型磁性半导体、磁性储能材料以及磁记录材料的研究热点[1-5].

过渡金属-磷-三硫化物TPS3(T=Mn, Fe, Co, Ni)就是典型的二维层状磁性半导体材料[3-5]. 化合物FePS3具有如图1(a)所示的单斜层状晶体结构, 空间群为C2/m, 可以看成是FePS3层沿c轴堆垛排列. 有趣的是, 在FePS3层内过渡金属Fe原子排列如图1(b)所示, 形成像石墨烯一样的蜂窝状晶格结构, 所以有文献称这类材料为“磁性石墨烯”[1]. 在TPS3中, 磁性过渡金属T之间的层间距离是层内距离的2到3倍, 并且层间主要依靠S原子间较弱的范德华力结合, 这使得层间相互作用远小于层内相互作用, 因此, 过渡金属-磷-三硫化物TPS3被认为是理想的二维磁性系统[3-5]. 在物理性质方面, 因过渡金属T的不同, 过渡金属-磷-三硫化物TPS3体系表现出了丰富多样的物理性质, 例如MnPS3是二维的海森堡(Heisenberg)型磁性系统、FePS3是二维的伊辛(Ising)型磁性系统……