磁性二維材料CrI 3 的光學特性研究
發(fā)布時間：2021-11-27 01:16
根據(jù)Mermin–Wagner定理:在非零溫度下,二維體系中不可能存在長程磁序,但是近年來CrI3、Cr2Ge2Te6和Fe3GeTe2等二維本征磁性材料的發(fā)現(xiàn)打破了這一觀點。二維磁性材料的出現(xiàn)彌補了傳統(tǒng)二維材料的不足,為研究二維范德華分子晶體中的磁光效應和自旋操縱提供了新的機遇。塊體CrI3是典型的鐵磁體,居里溫度（Tc）約為61 K,CrI3的鐵磁性在單層極限下依舊存在,單層CrI3的磁性來源于Cr3+極強的磁各向異性,Cr3+的磁矩在同一層內(nèi)一致朝向平面外,CrI3相鄰層之間為反鐵磁耦合,相鄰兩層CrI3的Cr3+的磁矩相對排列,使得雙層CrI3呈現(xiàn)出反鐵磁性。CrI3憑借其獨特的層數(shù)依賴磁序,在自旋電子學、數(shù)據(jù)...
【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：62 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
不同層數(shù)CrI3樣品的磁光克爾轉角[21]
第一章緒論5圖1-2少層Cr2Ge2Te6樣品與其磁光克爾轉角二維彩圖。(a)少層Cr2Ge2Te6樣品在260nm的SiO2/Si基底上的光學顯微照片；磁光克爾角在溫度為(b)40K；(c)28K；(d)22K與(d)4.7K時的二維彩圖[22]1.2.3鐵鍺碲二維本征磁性材料CrI3和Cr2Ge2Te6的出現(xiàn)壯大了二維材料家族，極大地激起了科研工作者們的興趣，但是CrI3和Cr2Ge2Te6的一些性質卻嚴重限制了兩者在小型自旋電子器件領域的應用。少層CrI3和Cr2Ge2Te6晶體的Tc都比較低，遠遠低于室溫，且二者在空氣中都不穩(wěn)定，這使得制備使用兩種材料的自旋電子器件的條件十分苛刻，不利于推廣應用，另外，CrI3和Cr2Ge2Te6都是絕緣體，使得器件的應用范圍也不夠大。尋找空氣中穩(wěn)定存在，且居里溫度較高的二維磁性材料已經(jīng)迫在眉睫。2018年，Y.Deng等人宣布發(fā)現(xiàn)了一種新型的二維磁性材料Fe3GeTe2晶體，塊體Fe3GeTe2晶體使用化學氣相沉積制備，得到塊體材料后，不同于以往的微機械剝離法使用膠帶反復撕開塊體材料從而獲得較薄的二維材料，為了獲得更加平整的，面積更大的二維磁性材料，Y.Deng等人受使用金介質剝離過渡族金屬硫化物的啟發(fā)[26,27]，使用Al2O3薄膜輔助剝離的方法獲得少層Fe3GeTe2樣品，剝離少層Fe3GeTe2樣品的具體過程如圖1-3所示。Al2O3與Fe3GeTe2之間的粘附力較大，使用這種方法能夠更加有效地解離二維材料，且解離出來的薄膜質量較高，為其他二維磁性材料樣品的制備獲取提供了思路。
電子科技大學碩士學位論文6圖1-3少層Fe3GeTe2樣品的制備過程[23]實驗表明，單層的Fe3GeTe2樣品在低溫下仍具有長程的鐵磁序以及面外的磁各向異性。更加重要的是，Y.Deng等人使用了鋰離子插層Fe3GeTe2薄層，使得Fe3GeTe2薄層樣品的鐵磁轉變溫度提高到室溫以上，遠高于塊體的Fe3GeTe2晶體的Tc，Tc可以調(diào)控到室溫以上為未來使用該材料制作電子器件提供了無限可能。磁性二維材料CrI3，Cr2Ge2Te6與Fe3GeTe2的發(fā)現(xiàn)，打開了二維體系中本征長程磁有序的大門，使得二維材料不再因為本征磁性的缺失而在自旋電子器件領域束手束腳。其中CrI3因其晶體獨特的層間反鐵磁耦合更是吸引了廣大研究者們的興趣，本文的主要工作集中在對少層CrI3材料的研究上，現(xiàn)介紹國內(nèi)外關于磁性二維材料CrI3的研究與進展。1.3磁性二維材料CrI3的研究與進展1.3.1CrI3的層間堆疊結構與磁序單層CrI3的晶體結構如圖1-3(a)所示，六個I-構成正八面體，Cr3+處于正八面體的正中心，I-組成的正八面體進行共邊連接，從而形成層狀的蜂窩狀晶格結構，CrI3晶體內(nèi)部層與層之間依靠范德華力相結合，M.A.McGuire等人通過X射線衍射測試發(fā)現(xiàn)在常溫下[24]，塊體CrI3晶體層與層之間的堆疊結構為單斜堆疊，如圖1-4(b)所示，當冷卻到220K以下，塊體CrI3晶體發(fā)生相變，其層間堆疊結構也發(fā)生變化，轉變?yōu)榱夥蕉询B結構，如圖1-4(c)所示，CrI3晶體兩種堆疊方式中單層CrI3的晶體結構是相同的，層與層之間的相對平移距離不同導致了堆疊結構的變化。S.Djurdji-Mijin等人使用拉曼光譜對CrI3單晶的晶格振動進行了研究[28]，根據(jù)晶體結構與拉曼張量一一對應的關系，分析發(fā)現(xiàn)CrI3單晶的晶體結構變化與之前所報道的一致，高溫相為單斜堆疊，低溫相為菱方堆
本文編號：3521304
【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：62 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
不同層數(shù)CrI3樣品的磁光克爾轉角[21]
第一章緒論5圖1-2少層Cr2Ge2Te6樣品與其磁光克爾轉角二維彩圖。(a)少層Cr2Ge2Te6樣品在260nm的SiO2/Si基底上的光學顯微照片；磁光克爾角在溫度為(b)40K；(c)28K；(d)22K與(d)4.7K時的二維彩圖[22]1.2.3鐵鍺碲二維本征磁性材料CrI3和Cr2Ge2Te6的出現(xiàn)壯大了二維材料家族，極大地激起了科研工作者們的興趣，但是CrI3和Cr2Ge2Te6的一些性質卻嚴重限制了兩者在小型自旋電子器件領域的應用。少層CrI3和Cr2Ge2Te6晶體的Tc都比較低，遠遠低于室溫，且二者在空氣中都不穩(wěn)定，這使得制備使用兩種材料的自旋電子器件的條件十分苛刻，不利于推廣應用，另外，CrI3和Cr2Ge2Te6都是絕緣體，使得器件的應用范圍也不夠大。尋找空氣中穩(wěn)定存在，且居里溫度較高的二維磁性材料已經(jīng)迫在眉睫。2018年，Y.Deng等人宣布發(fā)現(xiàn)了一種新型的二維磁性材料Fe3GeTe2晶體，塊體Fe3GeTe2晶體使用化學氣相沉積制備，得到塊體材料后，不同于以往的微機械剝離法使用膠帶反復撕開塊體材料從而獲得較薄的二維材料，為了獲得更加平整的，面積更大的二維磁性材料，Y.Deng等人受使用金介質剝離過渡族金屬硫化物的啟發(fā)[26,27]，使用Al2O3薄膜輔助剝離的方法獲得少層Fe3GeTe2樣品，剝離少層Fe3GeTe2樣品的具體過程如圖1-3所示。Al2O3與Fe3GeTe2之間的粘附力較大，使用這種方法能夠更加有效地解離二維材料，且解離出來的薄膜質量較高，為其他二維磁性材料樣品的制備獲取提供了思路。
電子科技大學碩士學位論文6圖1-3少層Fe3GeTe2樣品的制備過程[23]實驗表明，單層的Fe3GeTe2樣品在低溫下仍具有長程的鐵磁序以及面外的磁各向異性。更加重要的是，Y.Deng等人使用了鋰離子插層Fe3GeTe2薄層，使得Fe3GeTe2薄層樣品的鐵磁轉變溫度提高到室溫以上，遠高于塊體的Fe3GeTe2晶體的Tc，Tc可以調(diào)控到室溫以上為未來使用該材料制作電子器件提供了無限可能。磁性二維材料CrI3，Cr2Ge2Te6與Fe3GeTe2的發(fā)現(xiàn)，打開了二維體系中本征長程磁有序的大門，使得二維材料不再因為本征磁性的缺失而在自旋電子器件領域束手束腳。其中CrI3因其晶體獨特的層間反鐵磁耦合更是吸引了廣大研究者們的興趣，本文的主要工作集中在對少層CrI3材料的研究上，現(xiàn)介紹國內(nèi)外關于磁性二維材料CrI3的研究與進展。1.3磁性二維材料CrI3的研究與進展1.3.1CrI3的層間堆疊結構與磁序單層CrI3的晶體結構如圖1-3(a)所示，六個I-構成正八面體，Cr3+處于正八面體的正中心，I-組成的正八面體進行共邊連接，從而形成層狀的蜂窩狀晶格結構，CrI3晶體內(nèi)部層與層之間依靠范德華力相結合，M.A.McGuire等人通過X射線衍射測試發(fā)現(xiàn)在常溫下[24]，塊體CrI3晶體層與層之間的堆疊結構為單斜堆疊，如圖1-4(b)所示，當冷卻到220K以下，塊體CrI3晶體發(fā)生相變，其層間堆疊結構也發(fā)生變化，轉變?yōu)榱夥蕉询B結構，如圖1-4(c)所示，CrI3晶體兩種堆疊方式中單層CrI3的晶體結構是相同的，層與層之間的相對平移距離不同導致了堆疊結構的變化。S.Djurdji-Mijin等人使用拉曼光譜對CrI3單晶的晶格振動進行了研究[28]，根據(jù)晶體結構與拉曼張量一一對應的關系，分析發(fā)現(xiàn)CrI3單晶的晶體結構變化與之前所報道的一致，高溫相為單斜堆疊，低溫相為菱方堆
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