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近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強磁場(chǎng)科學(xué)中心研究員張蕾課題組博士劉威在二維磁性材料的磁各向異性和臨界行為研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究結果分別以Field-dependent anisotropic magnetic coupling in layered ferromagnetic Fe_3-xGeTe₂ 和Critical behavior of the single-crystalline van der Waals bonded ferromagnet Cr₂Ge₂Te₆ 為題，發(fā)表在美國物理學(xué)會(huì )雜志《物理評論B》上。
　　近年來(lái)，二維范德瓦爾斯磁性材料由于其獨特的物理性質(zhì)以及在自旋電子器件上潛在的應用價(jià)值，受到廣泛的關(guān)注和大量的研究。在這類(lèi)體系中探索本征二維鐵磁性，無(wú)論是對理解與揭示低維磁性機制，還是開(kāi)發(fā)下一代納米級自旋器件，都具有非常重要的意義。在這類(lèi)材料中，Cr₂Ge₂Te₆，CrI₃和Fe₃GeTe₂等二維材料在磁電以及磁光應用方面具有極為優(yōu)異的性能，從而受到科研工作者的青睞。
　　研究人員針對二維鐵磁材料Fe_3-xGeTe₂和Cr₂Ge₂Te₆的磁性相變行為以及磁耦合機制，采用一系列方法展開(kāi)了系統的研究。Fe_3-xGeTe₂是一種巡游鐵磁材料，層間相互作用很弱而易剝離，通過(guò)控制Fe空位的濃度，其居里溫度TC可以從140K調控到230K。此外，TC還依賴(lài)于層數，通過(guò)離子門(mén)控制的方法可以調控到接近室溫。
　　除了接近室溫的居里溫度，強的磁各向異性也是一個(gè)重要的研究方向，其在磁存儲應用方面具有極大的現實(shí)意義。研究人員通過(guò)對其易軸和難軸的磁化曲線(xiàn)的測量、各向異性的磁熵變計算、以及臨界行為的分析，對Fe_3-xGeTe₂的磁各向異性性質(zhì)展開(kāi)研究。研究表明：當磁場(chǎng)H平行于c軸時(shí)，其磁相互作用是短程的相互作用，符合三維海森堡行為；而當H平行于ab面時(shí)，其磁耦合卻是長(cháng)程的鐵磁有序，其遵從平均場(chǎng)模型。這一研究結果揭示了Fe_3-xGeTe₂中的磁相互作用是依賴(lài)于外磁場(chǎng)的方向，類(lèi)似的各向異性行為同樣發(fā)現在CrI₃和Cr₂Ge₂Te₆體系中。
　　此外，對Cr₂Ge₂Te₆的研究表明，Cr₂Ge₂Te₆中的磁相互作用為二維伊辛型的長(cháng)程磁有序，而正是其弱的磁各向異性能有效抵消熱漲落，從而實(shí)現長(cháng)程鐵磁序，與重整化群理論預測的結果一致。