康奈爾大學：用電場控制原子級薄磁體取得進展

康奈爾大學的研究人員已經首次用電場控制原子級薄磁體，這一突破為在計算機晶元中製造強大和高效的數據存儲提供了一個藍圖，並有其他應用空間。

文章《二維范德瓦爾斯磁體的電場轉換》（Electric-field switching of two-dimensional van der Waals magnets），刊登在3月12日出版的《自然?材料》雜誌上，由應用與工程物理學教授 Jie Shan，物理學助理教授Kin Fai Mak，還有博士後學者Shengwei Jiang共同發表。

在1966年，康奈爾大學的物理學家David Mermin和他的博士後Herbert Wagner建立理論表示如果電子的自旋可以指向任何方向，二維磁體就不可能存在。直到2017年，人們才發現了一些最初具有同心性自旋排列的2-D材料，並開啟了一個全新的材料家族大門，稱為2-D范德瓦爾斯磁體。

專門研究原子級薄材料的Shan和Mak抓住機會研究新的磁體及其獨特的特性。

「如果它是一種大體積材料，你就不能很容易地獲取裡面的原子。」 Mak說， 「但是如果磁鐵只是單層的，你可以做很多事情。你可以對它施加電場，把多餘的電子放進去，從而調節材料的性質。 」

該研究小組使用了一種三碘化鉻的樣品進行實驗。他們的目標是用少量的電壓創造一個電場來控制二維化合物的磁性，使他們具有開關的能力。

為了實現這一目標，他們用原子級薄的柵極電介質和電極堆疊了兩個原子層的三碘化鉻。這就產生了一種場效應裝置，它可以利用小的柵極電壓來翻轉鉻三碘層的電子自旋方向，從而激活磁開關。這個過程是可逆的，在57開氏度下可重複實驗。

這一發現對於未來的電子產品非常重要，因為「現有的大多數技術都是基於磁開關，比如存儲記錄數據的存儲設備，」 Shan說。然而，大多數現代電子產品中的磁鐵不會對電場產生反應。相反，電流通過線圈，產生一個可以用來開關磁鐵的磁場，這是一種低效的方法，因為電流會產生熱量並消耗電能。

二維的三碘化鉻磁體具有獨特的優勢，因為電場可以直接用於激活開關，而且需要很少的能量。

「這個過程也是非常高效率的，因為如果你有一納米厚度，而你只加一伏特電壓，這個電場就已經是1伏每納米了。這是巨大的。」 Shan說。

研究小組計劃繼續探索二維磁體，並希望與學校周邊形成新的合作，包括科學家和工程師，他們可以幫助他們找到新的可以在室溫下工作的二維磁性材料。（三碘化鉻不可以）。

「從某種意義上說，我們在這裡展示的更像是一個設備概念，」Mak說。「當我們找到能夠在更高溫度下運行的合適材料時，我們可以立即將這種想法應用到這些材料上。但它現在還沒有出現。」

文章來自cornell.edu網站，原文題目為Breakthrough made in atomically thin magnets，由材料科技在線匯總整理。

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