研究發現：磁性石墨烯能在絕緣體和導體之間切換！

研究人員發現，某些超薄磁性材料可以在高壓下從絕緣體切換到導體，這一現象可能會用於下一代電子產品和存儲設備的開發。由劍橋大學(University of Cambridge)領導的國際研究團隊表示，他們發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上的研究結果，將有助於理解這種有時被稱為磁性石墨烯的材料的電子和結構特性之間的動態關係，並可能代表一種製造二維材料的新方法。磁性石墨烯，或鐵三硫代次磷酸鹽(FePS3)，是一種被稱為范德華材料的材料家族，首次合成是在20世紀60年代。然而在過去的十年中，研究人員開始用新的眼光看待FePS3。

博科園-科學科普：與碳的二維形態石墨烯類似，FePS3可以剝離成超薄層，但與石墨烯不同，FePS3具有磁性。電子固有磁性源的表達式稱為自旋，自旋使電子的行為有點像微小條形磁鐵，並指向特定的方向。

電子自旋排列產生的磁性在大多數存儲設備中都有應用，這對於開發自旋電子學等新技術非常重要，自旋電子學可能會改變計算機處理信息的方式。儘管石墨烯具有非凡的強度和導電性，但它不具有磁性這一事實限制了它在磁性存儲和自旋電子學等領域的應用，因此研究人員一直在尋找可以與石墨烯基器件結合的磁性材料。

圖片：劍橋大學

在研究中，劍橋大學的研究人員在高壓下(大約100吉帕)將FePS3層壓在一起，發現它在絕緣體和導體之間切換，這種現象被稱為Mott躍遷。導電性也可以通過改變壓力來調節。這些材料特點是晶體結構各平面之間的機械力很弱。在壓力作用下，平面被擠壓在一起，系統由三維向二維、由絕緣體向金屬逐步可控地推進。研究人員還發現，即使在二維空間中，這種材料也能保持其磁性。論文的第一作者劍橋大學地球科學系和物理系的塞巴斯蒂安·海恩斯博士(Sebastian Haines)說：

由於波動的不穩定效應，二維磁場幾乎違反了物理學定律，但在這種材料中，它似乎是正確的。這種材料價格低廉，無毒，易於合成，經過進一步的研究，可用於石墨烯基器件。繼續研究這些材料，以便對它們的性質有一個堅實的理論認識，這種理解最終將支撐設備工程，但我們需要良好的實驗線索，以便為該理論提供一個良好的起點。研究工作為生產具有可調諧和連接的電、磁和電子性能的二維材料指明了令人興奮的方向。

博科園-科學科普｜研究/來自: 劍橋大學/Sarah Collins, University of Cambridge

參考期刊文獻:《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.266801

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