科技进展

上海微系统所在二维铁磁体系研究方面取得重要进展

  

  自旋电子器件利用电子的自旋自由度传递信息,在数据存储和信息处理方面具有高处理速度和小功耗的优势,和传统半导体器件相比具有更大的潜力和优势。减小自旋电子器件尺寸以增加密度集成和降低数据存储成本的需求加速了纳米级铁磁体系的发展。然而,纳米结构中的大部分磁矩由于尺寸效应而不能稳定存在,纳米磁矩之间交换耦合的交换机理仍不清楚。因此,制备稳定的二维铁磁体系对研究二维自旋电子器件至关重要。 

  近日,中科院上海微系统所信息功能材料国家重点实验室利用高质量的单层石墨烯介导耦合铁磁镍纳米岛,实现了大面积全局二维铁磁体系的制备。输运测试以及磁学性能测试证明了镍纳米岛/石墨烯体系具有铁磁性,存在反常霍尔效应,其居里温度约为80 K(图1)。X-射线磁圆二色性(XMCD)测试和密度泛函计算(DFT)进一步表明了石墨烯是铁磁性的,并且在石墨烯和镍纳米岛之间存在反铁磁耦合。该人工制备的镍纳米岛/石墨烯铁磁体系为研究复杂的纳米尺度电子关联和磁矩耦合机制提供一个途径。相关研究成果以“Graphene-mediated ferromagnetic coupling in the nickel nano-islands/graphene hybrid” 为题于2021723日发表在Science Advances上(Sci. Adv. 2021; 7 : eabg7054 

  该论文的共同第一作者为上海微系统所的高敏博士以及韩晓雯博士,通讯作者为南京理工大学的杜永平博士,以及上海微系统所的乔山研究员、狄增峰研究员。该工作得到国家科技重大专项、国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究项目、中科院战略性先导科技专项、上海市学术/技术带头人计划等相关研究计划的支持。 

  1 镍纳米岛/石墨烯体系具有二维铁磁特性。 

  论文链接:https://advances.sciencemag.org/content/7/30/eabg7054