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Nano Res.│二维VSe₂磁性的厚度依赖及应力可调控性

本篇文章版权为许小红教授团队所有,未经授权禁止转载。

背景介绍


范德华(vdW)材料在维度降低时通常表现出独特的物理特性,为探索基础物理和新器件应用提供了理想的平台。其中二维(2D)磁性vdW晶体随着厚度减薄会出现独特的磁性质,特别是单层极限下的铁磁性及厚度依赖的磁特性是备受关注的研究热点。同时,原子级厚度和弱层间相互作用使vdW磁体具有机械柔性以及对外部刺激的敏感性,如,通过外部应力可有效控制和操纵磁态,为构筑新型柔性自旋器件提供备选方案。因此,研究2D磁性材料的厚度依赖磁性以及应变可调制磁性具有重要意义。


研究方法


通过化学气相沉积法成功制备超薄VSe2纳米片;利用磁力显微镜(MFM)在室温下探测单个VSe2纳米片的磁畴结构及其厚度依赖性;在室温下对2D VSe2有效施加应变,并利用SQUID对其进行磁测量。


成果简介


山西师范大学许小红教授课题组通过化学气相沉积法成功合成厚度在几纳米到十几纳米的少层VSe2纳米片,其表现出稳定的室温铁磁性。利用扫描探针显微镜技术揭示了厚度依赖的微观磁性,当厚度接近单层时,样品具有明显的磁畴信号,随着厚度的增加,磁畴信号急剧下降,当厚度超过6 nm时,磁畴信号基本消失。此外,VSe2的磁性可以通过施加外部应变来控制,在拉伸应变中,Ms增加,在压缩应变中,Ms减小,上述结果归因于应变调制的V-Se相对距离和相互作用的变化。同时,与未应变样品相比,在压缩应变和拉伸应变中均观察到Hc的降低趋势。这项工作拓宽了VSe2在应变电子器件或柔性器件领域中的应用。


图文导读


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图1. TEM结果证实所制备的2D超薄VSe2纳米片具有超高的结晶质量。


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图2. 在大气环境下测试的不同厚度VSe2纳米片的室温MFM相位图结果表明:2D VSe2的微观磁畴具有显著的厚度依赖性。厚度接近单层时,磁畴信号最强;随着厚度增加,磁畴信号急剧下降;厚度大于6 nm时,磁畴信号基本消失。


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图3. VSe2纳米片铁磁性的室温应变调制结果显示:在拉伸应变中,Ms增加,在压缩应变中,Ms减小,上述结果归因于应变可有效调制V-Se原子间距及二者间离子/共价相互作用。且与未应变样品相比,Hc在压缩应变和拉伸应变中均有降低趋势。


作者简介


本工作依托于山西师范大学许小红教授课题组(https://clkx.sxnu.edu.cn/index.htm),山西师范大学许小红教授、薛武红副教授为论文共同通讯作者,山西师范大学博士研究生次文娟与宁波材料所杨华礼研究员为共同第一作者。


文章信息


W. Ci, H. Yang, W. Xue, et al. Thickness-dependent and strain-tunable magnetism in two-dimensional van der Waals VSe2Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4400-9.

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