大面积二维铁磁性材料Fe3GeTe2薄膜的生长及磁性研究

摘要

近期,层状二维铁磁材料(2D FM）由于其在低维磁性研究和自旋电子器件应用的前景引起了广泛关注1.由机械剥离方法得到的单层材料实验上被证明仍具有铁磁性,因此在低维度下研究材料的磁性是非常重要的.对于二维材料的研究,如何获得大面积、高质量的材料是极为重要的.通过分子束外延生进行了二维铁磁薄膜Fe3GeTe2的晶圆尺寸生长，并且通过控制Fe的组成，以及将其与反铁磁材料MnTe的结合来操控Fe3GeTe2的磁性。两维逐层生长模式由周期性的原位反射高能量电子衍射强度的周期性振荡证明，且通过透射电子显微镜发现{002}的层间距离为0.82nm。由材料的反常霍尔测量得到材料的易磁化轴沿c轴方向为面外方向，居里温度为216.4K。随着Fe组分的增加，Fe3+δGeTe2的居里温度提高。在与MnTe结合为异质结后，矫顽场从0.65特斯拉增加到0.94特斯拉，增幅为50％。大规模逐层生长和可操控磁性使Fe3GeTe2有望应用于自旋电子学及相应的器件研究。可控、大面积的生长还为探索丰富的物理现象及理论提供了极大帮助，如与二维超导材料和拓扑材料的结合。