磁性二維材料CrI 3 的光學(xué)特性研究
發(fā)布時(shí)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(zhǎng)程磁序,但是近年來(lái)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(diǎn)。二維磁性材料的出現(xiàn)彌補(bǔ)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(yīng)和自旋操縱提供了新的機(jī)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(lái)源于Cr3+極強(qiáng)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(duì)排列,使得雙層CrI3呈現(xiàn)出反鐵磁性。CrI3憑借其獨(dú)特的層數(shù)依賴(lài)磁序,在自旋電子學(xué)、數(shù)據(jù)...
【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：62 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
不同層數(shù)CrI3樣品的磁光克爾轉(zhuǎn)角[21]
第一章緒論5圖1-2少層Cr2Ge2Te6樣品與其磁光克爾轉(zhuǎn)角二維彩圖。(a)少層Cr2Ge2Te6樣品在260nm的SiO2/Si基底上的光學(xué)顯微照片；磁光克爾角在溫度為(b)40K；(c)28K；(d)22K與(d)4.7K時(shí)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(zhì)卻嚴(yán)重限制了兩者在小型自旋電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用。少層CrI3和Cr2Ge2Te6晶體的Tc都比較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(yīng)用，另外，CrI3和Cr2Ge2Te6都是絕緣體，使得器件的應(yīng)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(xué)氣相沉積制備，得到塊體材料后，不同于以往的微機(jī)械剝離法使用膠帶反復(fù)撕開(kāi)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(zhì)剝離過(guò)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(guò)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(lái)的薄膜質(zhì)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(xué)碩士學(xué)位論文6圖1-3少層Fe3GeTe2樣品的制備過(guò)程[23]實(shí)驗(yàn)表明，單層的Fe3GeTe2樣品在低溫下仍具有長(zhǎng)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(zhuǎn)變溫度提高到室溫以上，遠(yuǎn)高于塊體的Fe3GeTe2晶體的Tc，Tc可以調(diào)控到室溫以上為未來(lái)使用該材料制作電子器件提供了無(wú)限可能。磁性二維材料CrI3，Cr2Ge2Te6與Fe3GeTe2的發(fā)現(xiàn)，打開(kāi)了二維體系中本征長(zhǎng)程磁有序的大門(mén)，使得二維材料不再因?yàn)楸菊鞔判缘娜笔Ф谧孕娮悠骷I(lǐng)域束手束腳。其中CrI3因其晶體獨(dú)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(duì)少層CrI3材料的研究上，現(xiàn)介紹國(guó)內(nèi)外關(guān)于磁性二維材料CrI3的研究與進(jìn)展。1.3磁性二維材料CrI3的研究與進(jìn)展1.3.1CrI3的層間堆疊結(jié)構(gòu)與磁序單層CrI3的晶體結(jié)構(gòu)如圖1-3(a)所示，六個(gè)I-構(gòu)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(jìn)行共邊連接，從而形成層狀的蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)，CrI3晶體內(nèi)部層與層之間依靠范德華力相結(jié)合，M.A.McGuire等人通過(guò)X射線衍射測(cè)試發(fā)現(xiàn)在常溫下[24]，塊體CrI3晶體層與層之間的堆疊結(jié)構(gòu)為單斜堆疊，如圖1-4(b)所示，當(dāng)冷卻到220K以下，塊體CrI3晶體發(fā)生相變，其層間堆疊結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，轉(zhuǎn)變?yōu)榱夥蕉询B結(jié)構(gòu)，如圖1-4(c)所示，CrI3晶體兩種堆疊方式中單層CrI3的晶體結(jié)構(gòu)是相同的，層與層之間的相對(duì)平移距離不同導(dǎo)致了堆疊結(jié)構(gòu)的變化。S.Djurdji-Mijin等人使用拉曼光譜對(duì)CrI3單晶的晶格振動(dòng)進(jìn)行了研究[28]，根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)與拉曼張量一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，分析發(fā)現(xiàn)CrI3單晶的晶體結(jié)構(gòu)變化與之前所報(bào)道的一致，高溫相為單斜堆疊，低溫相為菱方堆
本文編號(hào)：3521304
【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：62 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
不同層數(shù)CrI3樣品的磁光克爾轉(zhuǎn)角[21]
第一章緒論5圖1-2少層Cr2Ge2Te6樣品與其磁光克爾轉(zhuǎn)角二維彩圖。(a)少層Cr2Ge2Te6樣品在260nm的SiO2/Si基底上的光學(xué)顯微照片；磁光克爾角在溫度為(b)40K；(c)28K；(d)22K與(d)4.7K時(shí)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(zhì)卻嚴(yán)重限制了兩者在小型自旋電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用。少層CrI3和Cr2Ge2Te6晶體的Tc都比較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(yīng)用，另外，CrI3和Cr2Ge2Te6都是絕緣體，使得器件的應(yīng)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(xué)氣相沉積制備，得到塊體材料后，不同于以往的微機(jī)械剝離法使用膠帶反復(fù)撕開(kāi)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(zhì)剝離過(guò)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(guò)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(lái)的薄膜質(zhì)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(xué)碩士學(xué)位論文6圖1-3少層Fe3GeTe2樣品的制備過(guò)程[23]實(shí)驗(yàn)表明，單層的Fe3GeTe2樣品在低溫下仍具有長(zhǎng)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(zhuǎn)變溫度提高到室溫以上，遠(yuǎn)高于塊體的Fe3GeTe2晶體的Tc，Tc可以調(diào)控到室溫以上為未來(lái)使用該材料制作電子器件提供了無(wú)限可能。磁性二維材料CrI3，Cr2Ge2Te6與Fe3GeTe2的發(fā)現(xiàn)，打開(kāi)了二維體系中本征長(zhǎng)程磁有序的大門(mén)，使得二維材料不再因?yàn)楸菊鞔判缘娜笔Ф谧孕娮悠骷I(lǐng)域束手束腳。其中CrI3因其晶體獨(dú)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(duì)少層CrI3材料的研究上，現(xiàn)介紹國(guó)內(nèi)外關(guān)于磁性二維材料CrI3的研究與進(jìn)展。1.3磁性二維材料CrI3的研究與進(jìn)展1.3.1CrI3的層間堆疊結(jié)構(gòu)與磁序單層CrI3的晶體結(jié)構(gòu)如圖1-3(a)所示，六個(gè)I-構(gòu)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(jìn)行共邊連接，從而形成層狀的蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)，CrI3晶體內(nèi)部層與層之間依靠范德華力相結(jié)合，M.A.McGuire等人通過(guò)X射線衍射測(cè)試發(fā)現(xiàn)在常溫下[24]，塊體CrI3晶體層與層之間的堆疊結(jié)構(gòu)為單斜堆疊，如圖1-4(b)所示，當(dāng)冷卻到220K以下，塊體CrI3晶體發(fā)生相變，其層間堆疊結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，轉(zhuǎn)變?yōu)榱夥蕉询B結(jié)構(gòu)，如圖1-4(c)所示，CrI3晶體兩種堆疊方式中單層CrI3的晶體結(jié)構(gòu)是相同的，層與層之間的相對(duì)平移距離不同導(dǎo)致了堆疊結(jié)構(gòu)的變化。S.Djurdji-Mijin等人使用拉曼光譜對(duì)CrI3單晶的晶格振動(dòng)進(jìn)行了研究[28]，根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)與拉曼張量一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，分析發(fā)現(xiàn)CrI3單晶的晶體結(jié)構(gòu)變化與之前所報(bào)道的一致，高溫相為單斜堆疊，低溫相為菱方堆
本文編號(hào)：3521304
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