Figura 1. La struttura atomica e le proprietà di trasporto di PtSe 2 fiocchi. (a) Immagine di microscopia elettronica a trasmissione a scansione di campo oscuro anulare ad alto angolo ad alta risoluzione atomica (HAADF-STEM) di un PtSe a pochi strati 2 fiocco che mostra la sua caratteristica di fase 1T e la configurazione di impilamento A–A. (b) Resistenza longitudinale di s3 in funzione della temperatura nel log plot da 200 K a 2 K. (c) NMR isotropico quando il campo magnetico è applicato nel piano ab di PtSe 2 fiocco s3. L'inserto mostra il diagramma schematico delle misurazioni del magnetotrasporto. etichetta l'angolo tra il campo magnetico e la corrente. (d) MR a varie temperature quando il campo magnetico è perpendicolare alla corrente in s3. Credito:Università di Pechino
L'emergere di materiali bidimensionali (2-D) fornisce un'eccellente piattaforma per esplorare e modulare proprietà fisiche esotiche nel limite 2-D, e ha guidato lo sviluppo della moderna fisica della materia condensata e dei dispositivi nanoelettronici. Tra le varie proprietà fisiche esotiche, Il magnetismo 2-D è uno degli argomenti più importanti, che mostra una potenziale applicazione in spintronica. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno scoperto una serie di materiali magnetici 2-D intrinseci, come Cri 3 , Fe 3 GeTe 2 , ecc. Tuttavia, la maggior parte dei materiali magnetici 2-D ancora scoperti sono instabili nell'atmosfera, che limita ulteriori indagini e l'applicazione del magnetismo 2-D. Perciò, la questione chiave è come indurre il magnetismo in materiali 2-D stabili all'aria.
Recentemente, Professor Wang Jian all'Università di Pechino, in collaborazione con il professor Duan Wenhui della Tsinghua University, e il professor Zhang Yanfeng all'Università di Pechino, rilevati momenti magnetici localizzati indotti da vacanze di Pt nel dichalcogenuro di metalli di transizione PtSe 2 fiocchi, e ha rivelato l'origine e la dipendenza dallo spessore del fiocco dei momenti magnetici localizzati. Il documento intitolato "Magnetic Moments Induced by Atomic Vacancies in Transition Metal Dichalcogenide Flakes" è stato pubblicato online su Materiale avanzato . Professor Wang all'Università di Pechino, Il professor Duan dell'Università Tsinghua e il professor Zhang dell'Università di Pechino sono gli autori corrispondenti di questo articolo. Ge Jun, Luo Tianchuang all'Università di Pechino, Lin Zuzhang all'Università Tsinghua, e Shi Jianping dell'Università di Wuhan hanno contribuito ugualmente a questo lavoro (primi autori congiunti).
PtSe 2 fiocchi con spessori di 8-70 nm sono stati coltivati mediante deposizione chimica in fase vapore (CVD), e la loro elevata qualità cristallina è stata confermata dalla microscopia elettronica a trasmissione e dalla diffrazione elettronica dell'area selezionata. I ricercatori hanno ulteriormente fabbricato PtSe 2 dispositivi di diverso spessore e studiato le loro proprietà di trasporto elettrico. La resistenza longitudinale diminuisce con la diminuzione della temperatura in regime di alta temperatura, che è il tipico comportamento metallico. interessante, abbassando ulteriormente la temperatura, la resistenza longitudinale aumenta logaritmicamente e poi tende a saturare a temperature ultrabasse.
Figura 2. Interpretazione teorica per il momento magnetico locale in PtSe 2 fiocchi. (a) Un'illustrazione dei momenti magnetici locali (indicati da frecce rosse) e un difetto Pt-vacancy (il cerchio blu) posto nello strato più in alto. (b) Densità elettronica degli stati degli orbitali p dei tre atomi di selenio vicini della vacanza Pt. (c) L'energia delle diverse configurazioni magnetiche (indicata dall'angolo tra la direzione del momento magnetico e l'asse z), dove l'energia zero corrisponde alla configurazione magnetica con momento magnetico fuori piano (cioè, =0). Credito:Università di Pechino
A basse temperature, La magnetoresistenza isotropica negativa (NMR) viene rilevata quando viene applicato un campo magnetico nel piano. Ulteriori analisi mostrano che l'aumento logaritmico della resistenza longitudinale con la diminuzione della temperatura e l'NMR isotropo derivano dall'effetto Kondo. Il noto effetto Kondo di solito si verifica in un metallo non magnetico drogato con impurità magnetiche, risultante dall'interazione di scambio tra gli spin degli elettroni di conduzione dell'ospite non magnetico e le impurità magnetiche. Però, i risultati della caratterizzazione hanno dimostrato che non ci sono elementi magnetici in PtSe 2 fiocchi.
L'origine dei momenti magnetici localizzati in PtSe 2 fiocchi è rivelato da calcoli teorici. I difetti di vacanza del Pt sono inevitabili durante la crescita del PtSe 2 fiocchi. I posti vacanti Pt risultano in una distribuzione asimmetrica degli stati di maggioranza e minoranza di spin occupati degli orbitali p dei tre atomi di selenio vicini, dando infine luogo ai momenti magnetici localizzati. Sorprendentemente, i momenti magnetici osservati sembrano essere dipendenti dallo spessore. Quando si riduce lo spessore dei fiocchi, il momento magnetico localizzato diventa maggiore. Teoricamente, il momento magnetico locale nel campione è principalmente contribuito dalle vacanze di Pt sulla superficie del campione. Con spessore decrescente del PtSe 2 fiocco, il rapporto superficie/massa aumenta, determinando un aumento della proporzione relativa delle superfici sfitte. Di conseguenza, il momento magnetico medio indotto per difetto aumenta con il diminuire dello spessore, che è coerente con le osservazioni sperimentali. Questo lavoro fornisce un nuovo percorso per la modulazione del magnetismo su scala atomica in materiali 2-D non magnetici, soprattutto in materiali 2-D stabili all'aria, e ha un potenziale significato nello sviluppo della spintronica e dell'informazione quantistica.
