如何獲得室溫鐵磁性半導(dǎo)體，是量子計算、高頻器件、高密度信息存儲的一個重要環(huán)節(jié)。國際權(quán)威期刊《Nano Today》近日刊文顯示，鄭州大學(xué)許群教授課題組利用CO2在非范德華力晶體孔道內(nèi)構(gòu)建強內(nèi)應(yīng)力場，成功制備出具有室溫響應(yīng)的二維鐵磁性VO2。

許群介紹，面對更先進的信息技術(shù)需求，在更高集成度、更高快速響應(yīng)、更低功耗等方面對電子器件有更高的要求。二維鐵磁材料由于其少層原子層厚度和可控的電子自旋，已成為下一代自旋電子器件的研究熱點。

他說，現(xiàn)有非磁性二維材料中誘導(dǎo)磁矩是通過調(diào)節(jié)應(yīng)變、邊緣結(jié)構(gòu)或缺陷工程來引入電荷載流子，這些都集中在外部誘導(dǎo)磁響應(yīng)上，如何突破傳統(tǒng)制備模式并深刻理解二維鐵磁材料的本征特性極具重要意義。

過渡金屬氧化物VO2表現(xiàn)出許多新的物理現(xiàn)象，如金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變和室溫鐵磁性。在強相關(guān)過渡金屬氧化物(TMOs)材料中，d層和f層電子其自由度(自旋、電荷和軌道矩)的相互作用使得結(jié)構(gòu)和磁性對溫度、壓力和組分等參數(shù)的微小變化非常敏感，然而多數(shù)情況，來自外部誘導(dǎo)的局部磁矩非常弱，并且產(chǎn)生的磁性通常只關(guān)聯(lián)表面少數(shù)原子。因此相較于缺陷工程，如何打破序參量的對稱性，在材料中創(chuàng)造新的表面或誘導(dǎo)晶體到無定形的轉(zhuǎn)變，進而產(chǎn)生本征磁各向異性，是一個有效的路徑。

許群教授課題組提出一種CO2誘導(dǎo)相變工程策略，將非范德華體相VO2成功轉(zhuǎn)化為室溫響應(yīng)的2D鐵磁體。引入的CO2不僅可以引發(fā)材料表界面相變，還可以在VO2的晶格孔道中產(chǎn)生強大的內(nèi)力場，由此導(dǎo)致的共價鍵選擇性斷裂，將三維VO2晶體轉(zhuǎn)化為二維納米片，最終獲得“鎖定”的亞穩(wěn)相的2D拓撲結(jié)構(gòu)并表現(xiàn)出顯著增強的室溫鐵磁響應(yīng)。該研究工作為二維非范德華鐵磁體的制備開辟了一條新途徑，同時對CO2在晶體孔道中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力及其關(guān)聯(lián)亞穩(wěn)相產(chǎn)生的機理進行了探討，為進一步拓展超臨界CO2在構(gòu)筑新型納微結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用奠定了實驗和理論基礎(chǔ)。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、鄭州大學(xué)一流學(xué)科計劃等項目的支持。(記者 喬地)