Moments magnétiques localisés induits par des lacunes atomiques dans les paillettes de dichalcogénure de métal de transition
Figure 1. La structure atomique et les propriétés de transport du PtSe 2 flocons. (a) Image de microscopie électronique à transmission à champ sombre annulaire à grand angle à résolution atomique (HAADF-STEM) d'un PtSe à quelques couches 2 flocon montrant sa caractéristique de phase 1T et sa configuration d'empilement A–A. (b) Résistance longitudinale de s3 en fonction de la température en log plot de 200 K à 2 K. (c) RMN isotrope lorsque le champ magnétique est appliqué dans le plan ab du PtSe 2 flocon s3. L'encart montre le schéma de principe des mesures de magnétotransport. désigne l'angle entre le champ magnétique et le courant. (d) MR à différentes températures lorsque le champ magnétique est perpendiculaire au courant en s3. Crédit :Université de Pékin
L'émergence de matériaux bidimensionnels (2-D) fournit une excellente plate-forme pour explorer et moduler des propriétés physiques exotiques dans la limite 2-D, et a conduit au développement de la physique de la matière condensée et des dispositifs nanoélectroniques modernes. Parmi diverses propriétés physiques exotiques, Le magnétisme 2D est l'un des sujets les plus importants, qui montre une application potentielle en spintronique. Dans les années récentes, les chercheurs ont découvert une série de matériaux magnétiques 2D intrinsèques, comme le CrI 3 , Fe 3 GeTe 2 , etc. Cependant, la plupart des matériaux magnétiques 2-D encore découverts sont instables dans l'atmosphère, ce qui limite les recherches ultérieures et l'application du magnétisme 2D. Par conséquent, la question clé est de savoir comment induire le magnétisme dans des matériaux 2-D stables à l'air.
Récemment, Professeur Wang Jian à l'Université de Pékin, en collaboration avec le professeur Duan Wenhui de l'université Tsinghua, et le professeur Zhang Yanfeng à l'Université de Pékin, détection de moments magnétiques localisés induits par des lacunes de Pt dans le dichalcogénure de métal de transition PtSe 2 flocons, et a révélé l'origine et la dépendance à l'épaisseur des lamelles des moments magnétiques localisés. L'article intitulé "Magnetic Moments Induced by Atomic Vacancies in Transition Metal Dichalcogenide Flakes" a été publié en ligne dans Matériaux avancés . Professeur Wang à l'Université de Pékin, Le professeur Duan de l'Université Tsinghua et le professeur Zhang de l'Université de Pékin sont les auteurs correspondants de cet article. Ge Jun, Luo Tianchuang à l'Université de Pékin, Lin Zuzhang à l'Université Tsinghua, et Shi Jianping de l'Université de Wuhan ont contribué à parts égales à ce travail (premiers auteurs conjoints).
PtSe 2 des flocons d'une épaisseur de 8 à 70 nm ont été développés par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), et leur haute qualité cristalline a été confirmée par microscopie électronique à transmission et diffraction électronique à zone sélectionnée. Les chercheurs ont en outre fabriqué du PtSe 2 dispositifs de différentes épaisseurs et étudié leurs propriétés de transport électrique. La résistance longitudinale diminue avec la diminution de la température en régime à haute température, qui est un comportement métallique typique. De façon intéressante, en diminuant encore la température, la résistance longitudinale augmente de façon logarithmique et tend alors à se saturer aux températures ultra basses.
Figure 2. Interprétation théorique du moment magnétique local dans le PtSe 2 flocons. (a) Une illustration des moments magnétiques locaux (indiqués par des flèches rouges) et d'un défaut de lacune Pt (le cercle bleu) placé dans la couche supérieure. (b) Densité électronique d'états des orbitales p des trois atomes de sélénium voisins de la lacune Pt. (c) L'énergie de différentes configurations magnétiques (étiquetées par l'angle β entre la direction du moment magnétique et l'axe z), où l'énergie zéro correspond à la configuration magnétique avec un moment magnétique hors plan (c'est-à-dire, =0). Crédit :Université de Pékin
A basse température, La magnétorésistance négative isotrope (RMN) est détectée lorsqu'un champ magnétique dans le plan est appliqué. Une analyse plus poussée montre que l'augmentation logarithmique de la résistance longitudinale avec la diminution de la température et la RMN isotrope proviennent de l'effet Kondo. L'effet Kondo bien connu se produit généralement dans un métal non magnétique dopé avec des impuretés magnétiques, résultant de l'interaction d'échange entre les spins des électrons de conduction de l'hôte non magnétique et les impuretés magnétiques. Cependant, les résultats de la caractérisation ont démontré qu'il n'y a pas d'éléments magnétiques dans le PtSe 2 flocons.
L'origine des moments magnétiques localisés dans le PtSe 2 flocons est révélé par des calculs théoriques. Les défauts de lacune de Pt sont inévitables lors de la croissance du PtSe 2 flocons. Les lacunes de Pt se traduisent par une distribution asymétrique des états majoritaires et minoritaires de spin occupés des orbitales p des trois atomes de sélénium voisins, donnant finalement lieu aux moments magnétiques localisés. Étonnamment, les moments magnétiques observés semblent dépendre de l'épaisseur. Lors de la réduction de l'épaisseur des flocons, le moment magnétique localisé devient plus grand. Théoriquement, le moment magnétique local dans l'échantillon est principalement contribué par les lacunes de Pt sur la surface de l'échantillon. Avec une épaisseur décroissante du PtSe 2 flocon, le rapport surface/vrac augmente, conduisant à une augmentation de la proportion relative des surfaces vacantes. Par conséquent, le moment magnétique moyen induit par défaut augmente avec l'épaisseur décroissante, ce qui est cohérent avec les observations expérimentales. Ce travail fournit une nouvelle voie pour la modulation du magnétisme à l'échelle atomique dans les matériaux 2-D non magnétiques, en particulier dans les matériaux 2-D stables à l'air, et a une importance potentielle dans le développement de la spintronique et de l'information quantique.
