中國科大二維磁性半導(dǎo)體材料研究獲進展

文章來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)                              發(fā)布時間：2015-05-29  

   中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實驗室副研究員閆文盛、孫治湖和劉慶華組成的研究小組在教授韋世強的帶領(lǐng)下，利用同步輻射軟X射線吸收譜學(xué)技術(shù)，在研究二維超薄MoS2半導(dǎo)體磁性材料的結(jié)構(gòu)、形貌和性能調(diào)控中取得重要進展。該研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會志》上。

　　二維超薄半導(dǎo)體納米片具有宏觀上的超薄性、透明性、柔韌性和微觀上優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)性能，是實現(xiàn)自旋電子器件微型化和功能最大化、制備大面積和高質(zhì)量的納米自旋電子器件等領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Φ牟牧稀Ｔ诒姸喽S超薄半導(dǎo)體納米片中，MoS2納米片具有類似于石墨烯的高載流子遷移率、可調(diào)的載流子類型以及高開/關(guān)比等優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)而引起了人們極大的研究興趣，但它們的本征非鐵磁性限制了它們在自旋電子器件中的實際應(yīng)用，因此如何賦予MoS2二維超薄半導(dǎo)體納米室溫鐵磁性，成為一個具有學(xué)術(shù)和應(yīng)用研究兩方面重要價值的科學(xué)問題。

　　該研究組基于常溫下具有三角棱柱配位環(huán)境（2H相）的MoS2中Mo原子磁矩為零，而八面體配位（1T相）的MoS2中Mo原子具有非零磁矩的物理事實，提出可以通過在2H相的MoS2 中通過“相摻雜”引入1T相MoS2來誘導(dǎo)室溫鐵磁性的設(shè)想。實驗上，他們通過“兩步合成法”，在2H相的MoS2納米片中引入硫空位，它能將周圍呈八面體配位的Mo原子轉(zhuǎn)變?yōu)槿抢庵呐湮唬瑥亩鴮崿F(xiàn)將1T相的MoS2摻雜到2H相的MoS2納米片中。通過這一相摻雜方式，改變了Mo離子中3d電子軌道的占據(jù)特征，實現(xiàn)了MoS2超薄納米片的室溫鐵磁性，居里溫度為395K，飽和磁化強度為0.25mB/Mo。軟X射線吸收譜學(xué)和第一性原理計算表明1T相中的Mo離子在費米面附近引入的間隙態(tài)是導(dǎo)致MoS2半導(dǎo)體納米薄片具有高居里溫度的根本原因。

　　這個研究工作豐富了人們在二維磁性材料的形貌、微結(jié)構(gòu)、性質(zhì)之間相互依賴性的認識，提供了一個通過“相摻雜”引入磁矩進而調(diào)控二維薄片磁學(xué)性質(zhì)的新方法。審稿人認為，“尋找室溫磁性材料一直是一個亟需解決并面臨重大挑戰(zhàn)的問題。毫無疑問，這個研究在該方向取得了顯著進展，獲得了非常有趣的研究結(jié)果”。  

　　該項研究得到國家自然科學(xué)基金重點項目和科技部“973”項目等基金的資助。