中國科大二維磁性半導體材料研究獲進展

文章來源：中國科學技術大學                              發布時間：2015-05-29  

   中國科學技術大學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下，利用同步輻射軟X射線吸收譜學技術，在研究二維超薄MoS2半導體磁性材料的結構、形貌和性能調控中取得重要進展。該研究成果發表在《美國化學會志》上。

　　二維超薄半導體納米片具有宏觀上的超薄性、透明性、柔韌性和微觀上優異的電學、磁學和光學性能，是實現自旋電子器件微型化和功能最大化、制備大面積和高質量的納米自旋電子器件等領域極具發展潛力的材料。在眾多二維超薄半導體納米片中，MoS2納米片具有類似于石墨烯的高載流子遷移率、可調的載流子類型以及高開/關比等優異的電學性質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用，因此如何賦予MoS2二維超薄半導體納米室溫鐵磁性，成為一個具有學術和應用研究兩方面重要價值的科學問題。

　　該研究組基于常溫下具有三角棱柱配位環境（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來誘導室溫鐵磁性的設想。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原子轉變為三角棱柱的配位，從而實現將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電子軌道的占據特征，實現了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是導致MoS2半導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、微結構、性質之間相互依賴性的認識，提供了一個通過“相摻雜”引入磁矩進而調控二維薄片磁學性質的新方法。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果”。  

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