具有高居里溫度(Tc)的二維鐵磁材料在低維功能材料家族中占據(jù)著重要地位,在探索低維磁性奇異物理現(xiàn)象和自旋電子器件中的應(yīng)用方面具有廣泛的前景。作為一種典型的層狀鐵磁材料,Fe5-xGeTe2的居里溫度高達(dá)310 K,在磁存儲(chǔ)領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價(jià)值。然而,由于Fe5-xGeTe2具有復(fù)雜的磁基態(tài)和對(duì)樣品尺寸、外部磁場(chǎng)較為敏感的磁疇等特點(diǎn),其磁輸運(yùn)性質(zhì)以及與電子、晶格和磁疇結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)性尚需系統(tǒng)深入的研究。
為此,研究團(tuán)隊(duì)制備了具有室溫磁性的二維鐵磁材料Fe5-xGeTe2單晶,并對(duì)其進(jìn)行了一系列的磁輸運(yùn)性質(zhì)研究。輸運(yùn)測(cè)量發(fā)現(xiàn),在Fe5-xGeTe2塊體樣品中,隨著溫度的降低,其易磁化軸從面內(nèi)變?yōu)槊嫱?。通過機(jī)械剝離,團(tuán)隊(duì)獲得了不同厚度(7 nm ~ 50 nm)的Fe5-xGeTe2納米片,進(jìn)一步輸運(yùn)測(cè)試發(fā)現(xiàn),隨著樣品厚度降低,在受限的Fe5-xGeTe2納米片中,其磁輸運(yùn)行為表現(xiàn)出截然不同的特征,表明了該體系的磁性具有顯著的厚度依賴性。與此同時(shí),Fe5-xGeTe2納米片還表現(xiàn)出反對(duì)稱的磁電阻效應(yīng),即Rxx(H) ≠ Rxx(-H),以及非常規(guī)霍爾效應(yīng)(UHE)。隨后,通過對(duì)其溫度、磁場(chǎng)取向和樣品厚度相關(guān)性的細(xì)致分析,研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)該材料中的條紋疇結(jié)構(gòu)對(duì)磁阻起著關(guān)鍵作用,這種結(jié)構(gòu)的存在使得材料在特定條件下產(chǎn)生額外的磁阻,從而影響其宏觀電輸運(yùn)特性。這一發(fā)現(xiàn)不僅增加了我們對(duì)二維鐵磁材料的理解,而且有望進(jìn)一步拓展二維鐵磁材料在自旋電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
強(qiáng)磁場(chǎng)中心博士研究生苗偉婷為該論文第一作者,田明亮研究員和牛群副研究員為共同通訊作者。該項(xiàng)研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、合肥大科學(xué)中心創(chuàng)新培育等項(xiàng)目的支持。
文章鏈接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c08954
圖1. (a) 微納器件示意圖,(b) Fe5-xGeTe2微納器件的電阻值及溫阻系數(shù)隨溫度依賴性,(c) 85 K的縱向磁阻(MR)和霍爾電阻(Rxy),(d)非常規(guī)霍爾效應(yīng)