中國人民大學程鵬課題組與合作者發現一種新型磁性二維材料FePd2Te2

【導讀】?

近日，中國人民大學物理學系程鵬副教授課題組發現一種具有全新晶體結構的新型磁性二維材料FePd₂Te₂，并與程志海教授課題組、中科院強磁場科學中心鄭國林研究員團隊和衢州學院楊建輝教授合作對其結構與物性進行深入研究，發現FePd₂Te₂是一個非常少見的具有面內單軸各向異性的二維鐵磁金屬，并在一種特殊孿晶結構作用下形成了有趣的面內自旋紋理結構。相關研究成果以“FePd₂Te₂: An Anisotropic Two-Dimensional Ferromagnet with One-Dimensional Fe Chains”為題于2024年7月24日在線發表于《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。

【成果掠影】

可以被解理到少層并能保持長程磁有序的二維材料無論對于基礎物理研究還是自旋電子學器件應用都具有重要價值，在近年來成為科學界關注的熱點。目前被廣泛研究的磁性二維材料都或多或少具有一些諸如空氣敏感、大單晶制備困難、居里溫度低、磁各向異性弱等缺點，因此積極探索具有優異物性的新型磁性二維材料具有重要意義。并且自2004年石墨烯帶來二維材料研究熱潮至今，人們研究的二維材料大多都是化學數據庫里已知晶體結構的固體材料，很少有全新晶體結構的二維材料被發現。

程鵬課題組近年來一直致力于探索新型磁性二維材料，前期部分研究成果包括通過Co摻雜在Fe₅GeTe₂中發現一系列磁性可調控的室溫二維范德華磁性材料[Appl. Phys. Lett. 116, 202402 (2020)]；制備出具有強磁各向異性的稀土二維范德華反鐵磁單晶DyOCl、DyOBr和SmOCl [Phys. Rev. B 104, 214410 (2021)，Phys. Rev. Mater. 8,074006 (2024)]等等。

最近，程鵬及合作團隊發現一種新型三元化合物FePd₂Te₂，并成功制備出厘米量級的單晶樣品。通過結構解析和密度泛函理論計算發現這是一個具有Fe原子組成的準一維Z型Fe鏈結構的二維材料（圖1），機械剝離實驗可以得到厚度低于5納米的少層薄片。磁化率、輸運、比熱和中子散射實驗結果表明，FePd₂Te₂是一個居里溫度為183K的鐵磁金屬（圖2），具有沿著解理面內方向的強單軸磁各向異性和大矯頑場的硬磁性，并且還表現出巡游磁性和強關聯電子行為。有趣的是，掃描隧道顯微鏡實驗在FePd₂Te₂中觀測到一種奇特的面內準一維Fe鏈轉角90度的孿晶結構。并且在孿晶結構和單軸磁各向異性共同作用下，FePd₂Te₂在解理面內形成一種非常少見的自旋紋理結構（圖1）。

【核心創新點】

首先，FePd₂Te₂的晶體結構在已知的化學材料數據庫中未找到相同甚至相似的模板，是一個具有全新晶體結構的二維材料。

其次，FePd₂Te₂同時具有二維層狀特征和準一維的Fe鏈，是一個同時研究二維和準一維磁性及輸運行為的特殊材料平臺。

最后，FePd₂Te₂也是一個十分少見的具有面內單軸磁各向異性的二維鐵磁金屬，并且這種各向異性與孿晶結構相結合，形成一種非常有趣且特殊的面內自旋紋理結構。

【數據概覽】

圖1：FePd₂Te₂的晶體結構、晶體照片及STM顯示的Fe鏈及孿晶結構。

圖2：FePd₂Te₂塊體的磁性質和薄層樣品的反常霍爾效應。

?【成果啟示】

綜合上述研究結果，FePd₂Te₂首先是一種空氣穩定、可制備大尺寸單晶的新型磁性二維材料，為二維磁性領域的研究提供了一個嶄新的材料平臺。并且它奇特的一維與二維交織的晶體結構、強關聯電子行為、面內單軸各向異性以及孿晶控制的自旋紋理結構，預示著未來在其中探索新奇量子現象和實現自旋電子學器件應用的重要價值。

原文詳情：論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c04910

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