Room temperature ferromagnetism in intercalated Fe3-xGeTe2 van der Waals magnet
Hector Iturriaga, Luis M. Martinez, Thuc T. Mai, Mathias Augustin, Angela R. Hight Walker, M. F. Sanad, Sreeprasad. T. Sreenivasan, Y. Liu, Elton J. G. Santos, … 展开作者
Hector Iturriaga, Luis M. Martinez, Thuc T. Mai, Mathias Augustin, Angela R. Hight Walker, M. F. Sanad, Sreeprasad. T. Sreenivasan, Y. Liu, Elton J. G. Santos, C. Petrovic, Srinivasa R. Singamaneni
Among several well-known transition metal-based compounds, the van der Waals (vdW) Fe3-xGeTe2 (FGT) magnet is a strong candidate for use in two-dimensional (2D) magnetic devices due to its strong perpendicular magnetic anisotropy, sizeable Curie temperature (TC ~ 154 K), and versatile magnetic character that is retained in the low-dimensional limit. While the TC remains far too low for practical applications, there has been a successful push toward improving it via external driving forces such as pressure, irradiation, and doping. Here we present experimental evidence of a novel room-temperature (RT) ferromagnetic phase induced by the electrochemical intercalation of common tetrabutylammonium cations (TBA+) into FGT bulk crystals. We obtained Curie temperatures as high as 350 K with chemical and physical stability of the intercalated compound. The temperature-dependent Raman measurements in combination with vdW-corrected ab initio calculations suggest that charge transfer (electron doping) upon intercalation could lead to the observation of RT ferromagnetism. This work demonstrates that molecular intercalation is a viable route in realizing high-temperature vdW magnets in an inexpensive and reliable manner.
Aggregation of BiTe Monolayer on Bi$_2$Te$_3$(111) Induced by Diffusion of Intercalated Atoms in van der Waals Gap
利用扫描隧道显微镜结合密度泛函理论计算，研究了Bi $_2$ Te $_3$（111）薄膜的生长后老化机制.结果发现，单层结构的晶格对称性的平方逐渐聚集从表面台阶。理论计算表明，范德华（vdW）间隙不仅作为一个自然水库的自嵌入Bi和Te原子，但也提供了他们容易的扩散途径。一旦跳出能隙，这些缺陷原子在正能量增益的驱动下优先在Bi $_2$ Te $_3$（111）表面上发展成二维BiTe超结构。考虑到vdW层之间的弱键合的共同性质，我们预计这种不寻常的扩散和聚集的插入原子可能是普遍的重要性，为大多数种类的vdW层状材料。
Electrically-Tunable High Curie Temperature Two-Dimensional Ferromagnetism in Van der Waals Layered Crystals
识别具有高转变温度和电可调磁性的本征低维铁磁体对于小型化自旋电子学和磁电学的发展至关重要。最近在范德华晶体CrI $_3$和Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$中观察到了长程二维铁磁性，然而当减小到单层/几层时，它们的居里温度显著降低。本文利用重整化自旋波理论和第一性原理电子结构理论，对具有较高居里温度（~ 150 K）和较大带隙的van der Waals层状CrSBr和CrSeBr半导体的电调谐二维铁磁性进行了理论研究。高转变温度归因于强阴离子介导的超交换相互作用和由于大交换和单离子各向异性而引起的相当大的自旋波激发间隙。值得注意的是，空穴和电子掺杂可以将磁化易轴从面内方向切换到面外方向。这些独特的特性使单层CrSBr和CrSeBr成为实现2D自旋电子学和磁电学的有前途的平台，例如2D自旋场效应晶体管。
High-spin orbital interactions across van der Waals gaps controlling the interlayer ferromagnetism in van der Waals ferromagnets
我们研究了什么样的相互作用控制范德华铁磁体（如Fe 3-xGeTe 2，Cr2 Ge 2 Te 6，CrI 3和VI 3）中层间耦合的符号和强度，发现范德华能隙中的高自旋轨道相互作用是理解其铁磁性的关键。Fe_（3-x）GeTe_2Cr_2Ge_2 Te_6和Cr_I_3的层间铁磁耦合是由高自旋双轨道双电子不稳定性控制的，而VI_3的层间铁磁耦合是由高自旋四轨道双电子不稳定性控制的。这些相互作用解释了范德瓦尔斯铁磁体中许多看似令人困惑的观测结果。
Ferromagnetism above 200 K in organic-ion intercalated CrSBr
CIC nanoGUNE（纳米技术联合研究中心）；UPV/EHU（巴斯克地区理工大学）；CSIC-UPV/EHU（西班牙国家科研委员会-巴斯克地区理工大学）；Izmir Institute of Technology（伊兹密尔理工大学）；IKERBASQUE（伊克尔巴斯基奎基金会）；Universitat de València（瓦伦西亚大学）
Coexistence of ferromagnetism and ferroelectricity in the van der Waals multiferroic CuIn0.2V0.8P2S6
D crystal consortium, Materials Research Institute, Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学材料研究所）；Department of Physics, Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学物理系）；Department of Electrical and Computer Engineering and Quantum Technology Center, University of Maryland（马里兰大学电气与计算机工程系及量子技术中心）；Department of Chemistry, Michigan State University（密歇根州立大学化学系）；Department of Materials Science and Engineering, Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系）
Emergent 3D Fermiology and Magnetism in an Intercalated Van der Waals System
University of L’Aquila（拉奎拉大学）；CNR-SPIN L’Aquila（意大利国家研究委员会自旋物理研究所拉奎拉分部）；Univ Rennes, CNRS, Institut des Sciences Chimiques de Rennes-UMR6226（雷恩大学，法国国家科学研究中心，雷恩化学科学研究所）；Synchrotron SOLEIL（索莱尔同步辐射中心）；CNR-Istituto di Struttura della Materia (CNR-ISM)（意大利国家研究委员会物质结构研究所）；Swiss Light Source, Paul Scherrer Institute（瑞士光源，保罗谢勒研究所）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步辐射中心）；MAX IV Laboratory, Lund University（隆德大学马克四实验室）
Strain-Mediated Lattice Reconstruction Enhances Ferromagnetism in Cr2Ge2Te6/WTe2 van der Waals Heterobilayers
Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and the Barcelona Institute of Science and Technology (BIST)（加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所（ICN2），西班牙高等科学研究委员会（CSIC）和巴塞罗那科学与技术研究所（BIST））；Universitat Autònoma de Barcelona（巴塞罗那自治大学）；Institut de Ciència de Materials de Barcelona, ICMAB-CSIC（巴塞罗那材料科学研究所，西班牙高等科学研究委员会（ICMAB-CSIC））；Research Center for Electronic and Optical Materials, National Institute for Materials Science（电子与光学材料研究中心，日本物质材料研究机构）；Research Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science（材料纳米结构研究中心，日本物质材料研究机构）；Institute of Optical Materials and Technologies, Bulgarian Academy of Science（保加利亚科学院光学材料与技术研究所）；Institute of Solid State Physics, Bulgarian Academy of Sciences（保加利亚科学院固体物理研究所）；Quantum Innovation Centre (Q. InC), Agency for Science Technology and Research (A*STAR)（量子创新中心（Q. InC），新加坡科技研究局（A*STAR））
Electrical control of topological 3Q state in intercalated van der Waals antiferromagnet Cox-TaS2
Seoul National University（首尔大学）；Korea Institute of Science and Technology (KIST)（韩国科学技术院）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Chonnam National University（全南国立大学）
Interface-enhanced ferromagnetism with long-distance effect in van der Waals semiconductor
在二维（2D）材料中发现的铁磁半导体为高度集成和多功能的自旋电子学开辟了一条途径。现有的二维铁磁半导体材料的居里温度（TC）非常低，其磁调制效应与二维金属材料相比非常有限。发现界面效应有效地操纵三维磁性，为定制2D磁性提供了独特的机会。在这里，我们表明，二维铁磁半导体Cr2 Ge 2 Te 6的TC可以提高130%（从~65 K到150 K以上），当相邻的钨层。界面W-Te键合有助于TC增强，具有强的垂直磁各向异性（PMA），保证了在150 K下低电流密度下通过自旋轨道转矩的有效磁化切换。与传统磁体中的快速衰减不同，由于2D磁体固有的弱层间耦合，界面效应对Cr2 Ge 2 Te 6厚度和长距离效应（超过10纳米）具有弱依赖性。我们的工作不仅揭示了二维材料中独特的界面行为，而且将这一过程推向了实用的二维自旋电子学。
Tunable magnetism in 2D organic-ion-intercalated MnPS3 via molecule-dependent vacancy generation
CIC nanoGUNE（CIC纳米技术研究中心）；Department of Photonics, Izmir Institute of Technology（伊兹密尔理工大学光子学系）；Dept. of Inorganic Chemistry, University of Chemistry and Technology Prague（布拉格化学与技术大学无机化学系）；ALBA Synchrotron Light Source（阿尔巴同步辐射光源）；Centro de Física de Materiales (CSIC-UPV-EHU) and Materials Physics Center (MPC)（材料物理中心（西班牙国家研究委员会-巴斯克国立大学）和材料物理中心）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯基克，巴斯克科学基金会）
Li intercalation in graphite: a van der Waals density-functional study
从第一原理建模层状层间化合物提出了一个问题，因为它们的许多性质是由范德华相互作用和化学或马德隆项之间的微妙平衡决定的，并且通常缺乏对范德华相互作用的良好描述。利用van der Waals密度泛函方法研究了锂-石墨原型层间化合物的结构、声子和能量学。Li在石墨中的嵌入导致稳定的系统，其具有计算的嵌入能为$-0.2$至$-0.3$ ~eV/Li原子（指块状石墨和Li金属）。完全负载的阶段1和阶段2化合物LiC $_6$和$_{1/2}$ C $_6$是稳定的，对应于插入两个石墨烯平面之间的Li原子的二维$\sqrt3\times\sqrt3$晶格。阶段$N>2$结构与具有相同浓度的稀释阶段2化合物相比是不稳定的。在升高的温度下，稀释阶段2化合物容易变得无序，但Li $_{3/16}$ C $_6$的结构相对稳定，对应于Li原子的$\sqrt7\times\sqrt7$面内堆积。第一性原理计算，以及有限温度效应的贝特-佩尔斯模型，允许观察到的电压分布的微观描述。
Discovery of intrinsic ferromagnetism in 2D van der Waals crystals
人们一直希望在二维（2D）范德华（vdW）晶体中实现长程铁磁有序，结合其丰富的电子和光学性质，将为磁、磁电和磁光应用开辟新的可能性。然而，在2D系统中，根据Mermin-Wagner定理，长程磁序受到热涨落的强烈阻碍，热涨落可能被磁各向异性抵消。通过缺陷和成分工程以及邻近效应的先前努力仅局部地或外部地引入磁响应。在这里，我们报告的第一个实验发现的内在长程铁磁秩序在原始的Cr2 Ge 2 Te 6原子层的扫描磁光克尔显微镜。在这样的2D vdW软铁磁体中，第一次，通过令人惊讶的小磁场（在这项工作中<= 0.3特斯拉）实现了对~ 35% - 57%增强的转变温度的前所未有的控制，这与三维区域中的转变温度对磁场的刚性形成鲜明对比。我们发现，小的外加磁场使有效的各向异性远远超过微小的磁晶各向异性，打开了一个相当大的自旋波激发间隙。证实了重整化自旋波理论，我们解释了这一现象，并得出结论，不寻常的场依赖性的转变温度构成了二维软铁磁vdW晶体的一个标志。我们发现的2D软铁磁Cr2 Ge 2 Te 6为研究基本自旋行为提供了一个接近理想的2D海森堡铁磁体，并为探索超紧凑自旋电子学等新应用打开了大门。
