二维铁锗碲磁性调控研究

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铁锗碲(Fe3GeTe2)是一种新型的层状铁磁性金属材料,具有矫顽场大,剩磁比高,居里温度接近室温等优异的磁学性能,所以二维Fe3GeTe2在发展高密度低功耗的自旋电子器件应用中具有巨大潜力。近年来,实验研究发现Fe3GeTe2的磁性具有显著的低维效应。当Fe3GeTe2的厚度减薄至单层时,居里温度仅为130 K,限制了二维Fe3GeTe2在实际自旋电子学应用中的发展。那么如何提升二维Fe3GeTe2的铁磁转变温度成为当前研究的重要方向之一。界面工程为实现二维材料的磁性调控提供了一个新的自由度。在自旋电子学应用中,金属/铁磁金属界面对改善器件性能起着重要作用。因此本论文提出了一种利用金属基底界面实现二维Fe3GeTe2磁性调控的有效方法。作者通过反射磁圆二向色性实验和第一性原理计算对二维Fe3GeTe2的界面磁性调控进行了研究,主要分析了金属基底界面对二维Fe3GeTe2铁磁性,尤其是对居里温度的影响。实验发现基底对铁磁转变温度有显著的调制效应。通过机械剥离将Fe3GeTe2薄层分别制备在Au,Al和Si O2基底上。反射磁圆二向色性测量结果显示Fe3GeTe2的磁性行为呈现出维数效应,样品的居里温度随着厚度急剧减小,饱和磁化强度也随之减小。而相同厚度的Fe3GeTe2在不同基底上表现出不同的临界行为。相比于常用的Si O2基底,Au基底导致样品的居里温度升高,而Al基底导致样品的居里温度显著降低。作者通过第一性原理计算对这一现象进行了定性解释。Fe3GeTe2-金属异质结计算发现界面耦合导致Fe原子上的平均磁矩分别减小0.430μB(Al)和0.124μB(Au),其中界面电荷转移占主导作用。根据平均场近似理论估算得到双层Fe3GeTe2-金属异质结的居里温度分别为9.27 K(Al)和32.98 K(Au)。这一理论计算结果证实了基底对样品居里温度的调制作用。作者基于基底界面耦合作用的研究实现了二维Fe3GeTe2铁磁转变温度的调控。该工作提供了一种无需外场作用即可实现永久性调节二维材料磁性的简单方法,并提出了一种可靠的理论模型对界面耦合诱导的二维Fe3GeTe2磁性行为变化进行了解释,为新型二维材料的自旋电子器件应用奠定了基础。
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