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二維半金屬材料獲驗(yàn)證 納米級磁性器件開發(fā)迎來新可能
2025年07月21日 16:44:34
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：177
半金屬，指的是介于金屬和非金屬之間的物質(zhì)。而近日，德國于利希研究中心的研究人員研制出全球首個二維半金屬材料并獲實(shí)驗(yàn)證實(shí)。這種材料或?qū)⒂型蔀闃?gòu)建自旋電子元件的基礎(chǔ)。
近日，德國于利希研究中心的研究人員研制出全球首個二維半金屬材料并獲實(shí)驗(yàn)證實(shí)。據(jù)悉，該材料是一種僅允許單一自旋方向電子導(dǎo)電的材料，有望成為實(shí)現(xiàn)自旋電子器件的關(guān)鍵材料。
所謂半金屬，指的是介于金屬和非金屬之間的物質(zhì)。這種物質(zhì)外表呈現(xiàn)出金屬的特性，但在化學(xué)性質(zhì)上卻表現(xiàn)出金屬和非金屬兩種性質(zhì)。并且從能帶結(jié)構(gòu)來看，金屬中被電子填充的最高能帶是半滿的或部分填充的，電子能自由運(yùn)動，有較高的電導(dǎo)率。但又與傳統(tǒng)導(dǎo)體不同，半金屬只允許一種自旋方向的電子通過。正因如此，這種材料在諸多領(lǐng)域具備獨(dú)特的優(yōu)勢。
而二維材料，指的則是厚度僅為原子或分子級別的薄層材料，電子在其中僅能在兩個維度(平面)上自由運(yùn)動。這類材料通常由單層或少數(shù)幾層原子組成，厚度在納米尺度范圍內(nèi)。同時高比表面積、光學(xué)透明性與柔韌性也賦予了這種材料更廣闊的應(yīng)用場景。
二維半金屬材料相當(dāng)于具備半金屬的單一自旋方向電子導(dǎo)電特性與二維材料的薄柔特性，這對于材料的應(yīng)用，有非常積極的影響。
像傳統(tǒng)的半金屬材料，只能在極低溫下工作，且表面易失去自旋極化特性。而此次德國于利希研究中心開發(fā)的鐵鈀合金二維半金屬便可以在室溫下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定自旋傳輸，甚至，由于這種材料并不依賴?yán)硐氲木w結(jié)構(gòu)，因此理論上可以通過調(diào)節(jié)鐵的含量還能對其電子特性進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控。
據(jù)悉，研究團(tuán)隊利用范德華擠壓技術(shù)，將熔融金屬在高壓下擠壓至單層二硫化鉬(MoS?)夾層中，形成穩(wěn)定的二維金屬層。這一方法突破了傳統(tǒng)非層狀材料(如金屬)難以剝離至原子級厚度的難題。并且通過自旋分辨動量顯微鏡直接觀察電子行為，證實(shí)材料表面僅特定自旋方向的電子參與導(dǎo)電，推翻了學(xué)界長期認(rèn)為“自旋-軌道耦合會破壞半金屬性”的觀點(diǎn)。
與此同時，這種二維半金屬自旋極化方向與磁化方向相反的罕見特性為納米級磁設(shè)備解鎖新功能，可能催生全新類別的微型傳感器或量子器件，展現(xiàn)出了非常廣闊的應(yīng)用前景?；蛟S在不遠(yuǎn)的未來，我們能夠見到這種材料被用于自旋濾波器、自旋軌道轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)等電子元件的生產(chǎn)中，享受到這類材料給人類科技帶來的改變。
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