黄玉昊 张贵涛 王如倩 陈乾 王金兰

(东南大学物理学院, 南京 211189)

(2021 年5 月19 日收到; 2021 年6 月16 日收到修改稿)

1 引 言

二维材料在电子、光电子、催化、电池、生物医学、传感器、磁性等领域展现出了越来越广泛的应用潜力[1-6]. 2017 年, 具有本征铁磁性的二维CrI3和Cr2Ge2Te6在实验上被成功剥离[7,8], 这是人们首次通过实验确认的具有长程铁磁序的二维半导体材料. 这一突破不仅为探索二维磁体的各种物理机制提供了平台, 也预示着二维材料将进一步拓展到数据存储、磁电传感器、逻辑器件等基于磁性材料的器件领域[9-11]. 但是, 二维磁性半导体材料除了面临产量化制备和环境稳定性等二维材料的共同难题以外, 还存在着特有的居里温度普遍较低的困难. 这导致二维铁磁耦合很难在较高温度下得以维持. 例如, 已有的CrI3单层的居里温度低于45 K,Cr2Ge2Te6双层的居里温度仅为20 K, 均远远低于室温甚至是液氮温度, 这极大地限制了它们的实际应用. 因此, 如何通过各种途径来提高二维磁性半导体材料的居里温度是当前该研究领域需要解决的重要问题之一.

通过对已有的铁磁材料进行合金化掺杂是提高材料居里温度的一个有效方法. Xue 等[12]在单层CrCl3中利用同价W 原子取代50%的Cr 原子, 发现单层CrWCl6具有很强的面外磁各向异性以及强的自旋轨道耦合, 居里温度达到了76 K;Guan 等[13]通过在二维MnS2铁磁半导体中引入Re 原子, 构建等价合金化合物MnxRe1–xS2, 将居里温度提高到室温以上. 引入Mn-Re 相互作用后,也看到了自旋耦……