来源：ACS NANO

背景概述

二维铁磁材的发现引起了人们的广泛关注，因为它们具有有趣的磁性相关物理性质，并在下一代电子和光电器件中具有潜在的应用，如小型化、低功耗器件和高密度信息存储器件。同时二维铁磁异质结构（2D-FMHs）的构建为磁调节提供了更多的可能性。尤其，二维铁磁/反铁磁（2D-FM/AFM）异质结构为探索界面磁耦合效应产生的新特性、调制固有磁性以及构建新的自旋电子器件应用提供了理想的平台。当然，磁性质的有效调制，特别是矫顽力（H_C），对于提高先进的自旋电子器件的性能和功能至关重要，如磁阻随机存储器（MRAM）和磁传感器，这使得H_C控制成为关键的焦点。然而，机械堆垛容易造成质量损坏或化学污染残留，导致界面耦合弱，器件调制困难。这严重制约了2D-FM/AFM异质结构自旋电子器件的进一步探索和性能的提高。特别地，界面质量直接影响到2D-FM/AFM异质结构的界面耦合和器件的性能调控。高质量的界面可以减少界面缺陷，促进界面原子自旋轨道耦合，增强异质结构的界面相互作用，进而调控器件性能。

有鉴于此，近日，河南大学高战胜和南开大学罗锋团队以及王维华团队使用化学气相沉积（CVD）一步法可控合成界面平整的二维铁磁/反铁磁（2D-FM/AFM）Cr₇Te₈/MnTe垂直异质结，与母体Cr₇Te₈相比，高质量界面的Cr₇Te₈/MnTe异质结的矫顽力（H_C）随着MnTe厚度的增加而显著降低，同时调节正或负栅压，H_C会增加或减少。因此，有效调节H_C对于提高先进自旋电子器件（如MRAM和磁传感器）的性能至关重要。本文的研究结果将为2D-FM/AFM异质结构的自旋控制和器件应用提供了新的思路。

图文导读

图1. 二维铁磁/反铁磁Cr₇Te₈/MnTe垂直异质结的CVD一步法合成和表征

图2. 二维铁磁/反铁磁Cr₇Te₈/MnTe垂直异质结中MnTe样品覆盖率的可控制备

图3. 二维铁磁/反铁磁Cr₇Te₈/MnTe纳米片的TEM和原子尺度表征

图4. 二维铁磁/反铁磁Cr₇Te₈/MnTe异质结的无封装Hall器件的磁输运测量

图5. 栅极可调的二维铁磁/反铁磁Cr₇Te₈/MnTe异质结器件

总结展望

综上所述，本工作通过一步CVD法合成了2D-FM/AFM Cr₇Te₈/MnTe垂直异质结构，通过调控金属前驱体MnCl₂/CrCl₃的比例，调控生长不同MnTe覆盖率的Cr₇Te₈/MnTe垂直异质结。基于TEM、SEM、STEM表征显示Cr₇Te₈和MnTe之间具有清晰平整的原子界面。二维Cr₇Te₈/MnTe异质结器件表现出垂直磁各项异性的铁磁性质，相比于本征Cr₇Te₈铁磁材料，Cr₇Te₈/MnTe异质结的H_C显著减小，并随着MnTe厚度的增加，最大可减小至74.5%。通过制备栅压Hall器件，在调节正或负栅压时，Cr₇Te₈/MnTe异质结的H_C会增加或减少。

本工作对2D-FM/AFM异质结构自旋电子学的基础研究具有重要的参考价值和意义。这种构建2D-FM/AFM异质结构的方法为通过界面工程和栅极电压有效调节电子自旋态提供了重要见解，促进了2D-FM/AFM异质结构自旋电子器件的基础研究和大规模应用。

文章信息

期刊：ACS Nano

题目：Controlled Synthesis of 2D Ferromagnetic/Antiferromagnetic Cr7Te8/MnTe VerticalHeterostructures for High-Tunable Coercivity

作者：Rui Yao, Zhaochao Liu, Yifei Ma, Lingyun Xu, Yuyu He, Wei Ai, You Li, Feng Lu, Hong Dong, Zhanshenf Gao*, Wei-hua Wang* and Feng Luo*

接受日期：August 13, 2024

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.4c07128