二維磁性材料專題編者按

當(dāng)前, 盡管集成電路制造工藝不斷提高, 但由于器件的不斷縮小, 受到量子效應(yīng)的限制, 業(yè)界遇到了可靠性低、功耗大等瓶頸, 微電子行業(yè)延續(xù)了近50年的“摩爾定律”將難以持續(xù).因此, 尋求從材料到系統(tǒng)的各個層面探究突破集成電路性能瓶頸的方案是亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題.自旋電子學(xué)有望突破上述瓶頸, 已成為后摩爾時代集成電路領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一.1988年巨磁阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著自旋電子學(xué)的誕生, 并帶來了信息存儲領(lǐng)域的快速發(fā)展.由于在自旋電子學(xué)領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn),艾爾伯-費爾和皮特-葛倫伯格兩位教授榮獲2007年諾貝爾物理學(xué)獎.磁性材料是自旋電子器件的基礎(chǔ), 不同于傳統(tǒng)磁性薄膜, 二維磁性材料的出現(xiàn)和其優(yōu)勢為傳感、存儲、電子及醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域打開了新的局面, 受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注.二維磁性材料其特點在于以層狀的形式存在, 通過范德瓦耳斯力即分子間作用力堆疊在一起, 層內(nèi)原子以化學(xué)鍵進(jìn)行連接, 在原子級厚度下依然在磁學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)等方面保持新奇的物理和化學(xué)特性.進(jìn)一步地, 通過較弱的范德瓦耳斯相互作用與相鄰層結(jié)合, 使得匹配度不同的原子層結(jié)合成為可能, 進(jìn)而創(chuàng)建多種范德瓦耳斯異質(zhì)結(jié)構(gòu), 擺脫晶格匹配和兼容性的限制, 從而為實現(xiàn)具有電路微型化、力學(xué)柔韌性、三維堆疊高密度、響應(yīng)速率快和高開關(guān)比性能的磁傳感器和非易失隨機存儲器等新型自旋電子學(xué)器件提供了新的契機.

應(yīng)《物理學(xué)報》編輯部的邀請, 我們邀請了部分活躍在二維磁性材料研究第一線的中青年科學(xué)家, 組織了本期的專題, 大致涵蓋如下幾方面內(nèi)容: 在關(guān)于二維磁性材料的居里溫度方面, 聶天曉老師綜述了二維磁性材料的發(fā)展過程、制備方法及其優(yōu)越性能, 并著重闡述了調(diào)控二維磁性材料居里溫度的方法.在磁性拓?fù)洳牧戏矫? 何慶林老師以具有層狀結(jié)構(gòu)的本征磁性拓?fù)浣^緣體、磁性外爾半金屬、磁性狄拉克半金屬等為例簡要綜述磁序與拓?fù)湫蛑g的相互作用和近期部分的重要實驗結(jié)果; 沈冰老師的實驗結(jié)果表明了EuIn2As2的金屬態(tài)性質(zhì), 通過摻雜Ca來調(diào)節(jié)體系的費米能級和磁性.在二維磁性材料性能調(diào)控方面, 邵啟明老師介紹了近幾年來二維材料中新型磁響應(yīng)的實驗研究進(jìn)展; 龍根和張廣宇老師綜述了CrI3二維磁性材料的生長、磁性結(jié)構(gòu)測量和調(diào)控, 并對下一階段的工作從基礎(chǔ)凝聚態(tài)物理研究以及電子工程應(yīng)用角度做出展望; 王偉和王琳老師總結(jié)了二維磁性材料的種類類型、合成方法、基本特性以及表征手段, 系統(tǒng)歸納了關(guān)于二維磁性材料物性調(diào)控方面的研究工作, 并對二維磁性材料的未來研究方向和挑戰(zhàn)進(jìn)行了簡單的展望; 王以林老師綜述了近年來發(fā)現(xiàn)的各類本征二維磁性材料的晶體結(jié)構(gòu)、磁結(jié)構(gòu)和磁性能, 并討論了由磁場、電場、靜電摻雜、離子插層、堆疊方式、應(yīng)變、界面等外場調(diào)控二維磁性材料磁性能的研究進(jìn)展, 最后總結(jié)并展望了二維磁性材料未來發(fā)展的研究方向.在基于二維磁性材料的異質(zhì)結(jié)方面, 林曉陽老師基于密度泛函理論與非平衡格林函數(shù)方法, 研究了Fe3GeTe2/石墨烯二維異質(zhì)結(jié)在有無氮化硼作隧穿層情況下的輸運性質(zhì); 王守國和于國強老師綜述了與二維材料及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)中自旋軌道矩研究相關(guān)的最新進(jìn)展, 主要包括基于非磁性二維材料和磁性二維材料的異質(zhì)結(jié)中自旋軌道矩的產(chǎn)生、表征和對磁矩的操控等.

本專題從不同的角度描述了二維磁性材料在理論與實驗方面的進(jìn)展, 反映了此領(lǐng)域當(dāng)前的研究現(xiàn)狀, 希望對讀者了解此前沿課題有所幫助.