绝缘体和导体之间的“磁性石墨烯”开关

绝缘体和导体之间的“磁性石墨烯”开关

研究人员发现,某些超薄磁性材料可以在高压下从绝缘体转换为导体,这一现象可用于下一代电子产品和存储设备的开发。

剑桥大学领导的国际研究小组说,他们的研究结果发表在《物理评论快报》杂志上,将有助于理解材料的电子和结构特性之间的动态关系,有时也被称为“磁性石墨烯”,这可能代表了一种新的方法。减少二维材料。

磁性石墨烯,或称三硫化二磷铁(feps3),来自一个被称为van der waals材料的材料家族,首次合成于20世纪60年代。然而,在过去的十年里,研究人员已经开始用新的眼光观察feps3。与石墨烯类似,二维形式的碳-FePS3可以“剥离”成超薄层。然而,与石墨烯不同,FePS3具有磁性。

电子的固有磁源的表达式称为“自旋”。自旋使电子的行为有点像极细的条形磁铁,并指向一个特定的方向。大多数存储设备都使用电子自旋排列产生的磁性,这对于开发诸如自旋电子学之类的新技术很重要,它可以改变计算机处理信息的方式。

尽管石墨烯具有非凡的强度和导电性,但它的非磁性限制了它在磁存储和自旋电子学等领域的应用,因此研究人员一直在寻找可与石墨烯基器件结合的磁性材料。

在他们的研究中,剑桥大学的研究人员在高压(大约10吉帕)下将FePS3层挤压在一起,他们发现它在绝缘体和导体之间切换,这一现象被称为莫特跃迁。也可以通过改变压力来调节导电性。

这些材料的特点是其晶体结构平面之间的弱机械力。在压力作用下,平面被压在一起,逐渐可控地将系统从三维推到二维,从绝缘体推到金属。

研究人员还发现,即使在二维空间中,这种材料仍保持其磁性。剑桥大学地球科学系和物理系的塞巴斯蒂安·海恩斯博士是该论文的第一作者,他说:“由于波动的不稳定效应,两个维度的磁性几乎与物理定律背道而驰,但在这种材料中,似乎是真的。”

这种材料价格低廉,无毒,易于合成,而且经过进一步的研究,可用于石墨烯基器件。

海恩斯说:“我们正在继续研究这些材料,以便对其性能有一个坚实的理论理解。”“这种理解最终将支撑设备工程,但我们需要良好的实验线索,以便为理论提供一个良好的起点。我们的工作指出了一个令人兴奋的方向,即生产具有可调谐和结合电、磁和电子特性的二维材料。”

该研究由工程和物理科学研究委员会(EPSRC)资助。

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