CO2誘導相變工程策略 成功製備室温鐵磁性半導體

科技日報訊 （記者喬地）國際權威期刊《今日納米》近日刊文顯示，鄭州大學許羣教授課題組利用CO2在非範德華力晶體孔道內構建強內應力場，成功製備出具有室温響應的二維鐵磁性VO2。

許羣介紹，面對更先進的信息技術需求，相關領域在更高集成度、更高快速響應、更低功耗等方面對電子器件有更高的要求。二維鐵磁材料由於其少層原子層厚度和可控的電子自旋，已成為下一代自旋電子器件的研究熱點。

過渡金屬氧化物VO2表現出許多新的物理現象，如金屬—絕緣體轉變和室温鐵磁性。在強相關過渡金屬氧化物（TMOs）材料中，d層和f層電子其自由度（自旋、電荷和軌道矩）的相互作用使得結構和磁性對温度、壓力和組分等參數的微小變化非常敏感，然而多數情況下，來自外部誘導的局部磁矩非常弱，並且產生的磁性通常只關聯表面少數原子。因此相較於缺陷工程，打破序參量的對稱性，在材料中創造新的表面或誘導晶體到無定形的轉變，進而產生本徵磁各向異性，是一個有效的路徑。

許羣教授課題組提出一種CO2誘導相變工程策略，將非範德華體相VO2成功轉化為室温響應的2D鐵磁體。引入的CO2不僅可以引發材料表界面相變，還可以在VO2的晶格孔道中產生強大的內力場，由此導致的共價鍵選擇性斷裂，將三維VO2晶體轉化為二維納米片，最終獲得“鎖定”的亞穩相的2D拓撲結構並表現出顯著增強的室温鐵磁響應。該研究工作為二維非範德華鐵磁體的製備開闢了一條新途徑，同時對CO2在晶體孔道中產生的內應力及其關聯亞穩相產生的機理進行了探討，為進一步拓展超臨界CO2在構築新型納微結構上的應用奠定了實驗和理論基礎。