Schichtabhängiger Ferromagnetismus in einem Van-der-Waals-Kristall bis zur Einschichtgrenze

Titel	Schichtabhängiger Ferromagnetismus in einem Van-der-Waals-Kristall bis zur Einschichtgrenze
Autoren	Bevin Huang, Genevieve Clark, Efrén Navarro-Moratalla, Dahlia R. Klein, Ran Cheng, Kyle L. Seyler, Ding Zhong, Emma Schmidgall, Michael A. McGuire, David H. Cobden, Wang Yao, Di Xiao, Pablo Jarillo-Herrero, Xiaodong Xu
Zeitschrift	Natur
Datum	06/07/2017
DOI	10.1038/nature22391
Einführung	Das Auftauchen von Graphen führte zu einer erheblichen Erweiterung des Bereichs der zweidimensionalen Materialien, die vielfältige elektronische Eigenschaften aufweisen. Diese Gruppe umfasst nun Halbleiter mit Spin-Tal-Kopplung, Ising-Supraleiter, die in einen Quantenmetallzustand überführt werden können, potenzielle Mott-Isolatoren mit modifizierbaren Ladungsdichtewellen und topologische Halbmetalle mit Randtransport. Trotz dieser Fortschritte ist ein zweidimensionaler Kristall mit intrinsischem Magnetismus schwer zu finden, obwohl ein solches Material vielversprechend für Anwendungen in der Sensorik und Datenspeicherung ist. Theoretische Grundlagen, insbesondere das Mermin-Wagner-Theorem, schließen eine magnetische Ordnung im zweidimensionalen, isotropen Heisenberg-Modell bei endlichen Temperaturen im Allgemeinen aus. Dennoch kann die magnetische Anisotropie diese Einschränkung umgehen und die Manifestation des zweidimensionalen Ising-Ferromagnetismus ermöglichen. In dieser Arbeit wird durch magneto-optische Kerr-Effekt-Mikroskopie nachgewiesen, dass einlagiges Chromtriiodid (CrI3) als Ising-Ferromagnet mit einer Spin-Ausrichtung außerhalb der Ebene funktioniert. Seine Curie-Temperatur von 45 Kelvin liegt nur geringfügig unter der des Massenkristalls (61 Kelvin), was auf eine schwache Zwischenschichtkopplung hindeutet. Darüber hinaus zeigen unsere Untersuchungen eine schichtabhängige magnetische Phase, was die dickenabhängigen physikalischen Eigenschaften von van der Waals-Kristallen unterstreicht. Insbesondere zeigt CrI3 in zwei Schichten eine verringerte Magnetisierung und einen metamagnetischen Effekt, während CrI3 in drei Schichten wieder den in der Masse beobachteten Ferromagnetismus aufweist. Diese Forschungsarbeiten eröffnen neue Möglichkeiten zur Untersuchung des Magnetismus, indem sie die einzigartigen Eigenschaften atomar dünner Materialien nutzen, einschließlich der elektrischen Kontrolle für fortschrittliche Magnetoelektronik und der Van-der-Waals-Technik zur Erzeugung neuartiger Grenzflächenphänomene.
Zitat	Bevin Huang, Genevieve Clark und Efrén Navarro-Moratalla et al. Layer-dependent ferromagnetism in a van der Waals crystal down to the monolayer limit. Nature. 2017. Vol. 546(7657):270-273. DOI: 10.1038/nature22391
Element	Chrom (Cr) , Jod (I)
Industrie	Elektronik , Forschung & Labor

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