許曉棟Nature：二維分子晶體鐵磁性重大發現！

【引言】

隨著石墨烯的出現，二維材料家族不斷擴大，它們都展現出很好的電學性質。可以通過添加不同物質增強其性能，如具有自旋-谷耦合的半導體、轉變為量子金屬的Ising超導體、具電荷密度波可調的Mott絕緣體和可以邊緣傳輸的拓撲半導體等。然而，除了同期刊登的張翔院士研究成果之外，目前還沒有發現具有本徵磁性的二維晶體，這種晶體在感測和數據存儲方面有著很大的應用前景。理論上，在二維各向同性、特定溫度滿足Mermin-Wagner定理的Heisenberg模型中，磁性有序受到限制的。磁各向異性消除了這些限制，並使得二維Ising鐵磁性能夠實現。

【成果簡介】

華盛頓大學西雅圖分校的許曉棟和麻省理工學院的Pablo Jarillo-Herrero（共同通訊作者）等人利用磁域觀測顯微鏡證實了單層CrI3二維材料為Ising鐵磁體，具有面外的自旋取向。居里溫度為45K，僅略低於塊體材料（61K），這與弱的夾層耦合相對應。並且，研究發現受層數影響的磁性相，表明在范德華力晶體中受厚度影響的物理性質。雙層CrI3具有變磁性效應，展現出受抑制的磁性，而三層CrI3中夾層的鐵磁性則被修復。這項研究為揭示材料中不同尋常的原子級特性進而研究材料的磁性，如電調控的磁電子學、范德華力引起的界面效應等都提供了研究基礎。以上研究成果以「Layer-dependent ferromagnetism in a van der Waals crystal down to the monolayer limit"為題與張翔院士以"Discovery of intrinsic ferromagnetism in two-dimensional van der Waals crystals"為題的研究成果（材料牛資訊詳戳張翔院士Nature重磅: 二維分子晶體本徵鐵磁性的發現！）一起背靠背刊登在2017年6月8日出版的Nature上。同期，賓夕法尼亞大學的Nitin Samarth教授為該成果撰寫了題為「Condensed-matter physics: Magnetism in flatland」的新聞評述（Nature，2017，DOI：10.1038/546216a）。

【圖文導讀】

圖1塊體CrI3的晶體結構、層厚度鑒別和磁光Kerr效應（MOKE）

圖2單層CrI3的MOKE檢測

圖3原子級厚CrI3受層數影響的磁有序性

本文由材料人學術組大黑天供稿，材料牛編輯整理。

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