二維磁性材料專題編者按

當前, 盡管集成電路制造工藝不斷提高, 但由于器件的不斷縮小, 受到量子效應的限制, 業界遇到了可靠性低、功耗大等瓶頸, 微電子行業延續了近50年的“摩爾定律”將難以持續.因此, 尋求從材料到系統的各個層面探究突破集成電路性能瓶頸的方案是亟待解決的關鍵科學問題.自旋電子學有望突破上述瓶頸, 已成為后摩爾時代集成電路領域的關鍵技術之一.1988年巨磁阻效應的發現標志著自旋電子學的誕生, 并帶來了信息存儲領域的快速發展.由于在自旋電子學領域的杰出貢獻,艾爾伯-費爾和皮特-葛倫伯格兩位教授榮獲2007年諾貝爾物理學獎.磁性材料是自旋電子器件的基礎, 不同于傳統磁性薄膜, 二維磁性材料的出現和其優勢為傳感、存儲、電子及醫學等諸多領域打開了新的局面, 受到國內外的廣泛關注.二維磁性材料其特點在于以層狀的形式存在, 通過范德瓦耳斯力即分子間作用力堆疊在一起, 層內原子以化學鍵進行連接, 在原子級厚度下依然在磁學、電學、力學、光學等方面保持新奇的物理和化學特性.進一步地, 通過較弱的范德瓦耳斯相互作用與相鄰層結合, 使得匹配度不同的原子層結合成為可能, 進而創建多種范德瓦耳斯異質結構, 擺脫晶格匹配和兼容性的限制, 從而為實現具有電路微型化、力學柔韌性、三維堆疊高密度、響應速率快和高開關比性能的磁傳感器和非易失隨機存儲器等新型自旋電子學器件提供了新的契機.

應《物理學報》編輯部的邀請, 我們邀請了部分活躍在二維磁性材料研究第一線的中青年科學家, 組織了本期的專題, 大致涵蓋如下幾方面內容: 在關于二維磁性材料的居里溫度方面, 聶天曉老師綜述了二維磁性材料的發展過程、制備方法及其優越性能, 并著重闡述了調控二維磁性材料居里溫度的方法.在磁性拓撲材料方面, 何慶林老師以具有層狀結構的本征磁性拓撲絕緣體、磁性外爾半金屬、磁性狄拉克半金屬等為例簡要綜述磁序與拓撲序之間的相互作用和近期部分的重要實驗結果; 沈冰老師的實驗結果表明了EuIn2As2的金屬態性質, 通過摻雜Ca來調節體系的費米能級和磁性.在二維磁性材料性能調控方面, 邵啟明老師介紹了近幾年來二維材料中新型磁響應的實驗研究進展; 龍根和張廣宇老師綜述了CrI3二維磁性材料的生長、磁性結構測量和調控, 并對下一階段的工作從基礎凝聚態物理研究以及電子工程應用角度做出展望; 王偉和王琳老師總結了二維磁性材料的種類類型、合成方法、基本特性以及表征手段, 系統歸納了關于二維磁性材料物性調控方面的研究工作, 并對二維磁性材料的未來研究方向和挑戰進行了簡單的展望; 王以林老師綜述了近年來發現的各類本征二維磁性材料的晶體結構、磁結構和磁性能, 并討論了由磁場、電場、靜電摻雜、離子插層、堆疊方式、應變、界面等外場調控二維磁性材料磁性能的研究進展, 最后總結并展望了二維磁性材料未來發展的研究方向.在基于二維磁性材料的異質結方面, 林曉陽老師基于密度泛函理論與非平衡格林函數方法, 研究了Fe3GeTe2/石墨烯二維異質結在有無氮化硼作隧穿層情況下的輸運性質; 王守國和于國強老師綜述了與二維材料及其異質結構中自旋軌道矩研究相關的最新進展, 主要包括基于非磁性二維材料和磁性二維材料的異質結中自旋軌道矩的產生、表征和對磁矩的操控等.

本專題從不同的角度描述了二維磁性材料在理論與實驗方面的進展, 反映了此領域當前的研究現狀, 希望對讀者了解此前沿課題有所幫助.