Kể từ khi phát hiện ra graphene vào năm 2004, nghiên cứu về vật liệu hai chiều đã bắt đầu lọt vào tầm nhìn của các nhà khoa học. Cho đến nay, các nhà khoa học đã phát hiện ra ít nhất hàng chục vật liệu hai chiều có tính chất hoàn toàn khác nhau, bao gồm chất cách điện, chất bán dẫn, kim loại. Gần đây, nhóm giáo sư Zhang Yuanbo thuộc khoa vật lý của Đại học Fudan đã đạt được một bước đột phá lớn trong lĩnh vực vật liệu từ tính hai chiều - phát hiện ra một loại vật liệu hai chiều từ tính mới Fe3GeTe2, cung cấp một hệ thống lý tưởng hoàn toàn mới để nghiên cứu từ tính du lịch hai chiều. Ngoài ra, thông qua quy định chèn lithium-ion, nhóm nghiên cứu đã thu được nhiệt độ chuyển đổi sắt từ trên nhiệt độ phòng trong lớp mỏng Fe3GeTe2, mở ra những khả năng mới để phát triển các thiết bị điện tử từ có mật độ cực cao, có thể điều chỉnh áp suất lưới và có sẵn nhiệt độ phòng dựa trên vật liệu này trong tương lai.

Vào ngày 22 tháng 10 (giờ London), nghiên cứu đã được thực hiện với "Nhiệt độ phòng sắt từ điều chỉnh áp suất lưới trong hai chiều sắt germanium tellurium."

（“Gate-tunable Room-temperature Ferromagnetism in Two-dimensional Fe3GeTe2”） Đề tài được công bố trên tạp chí học thuật Dingji Nature. Giáo sư khoa vật lý Đại học Phục Đán Trương Viễn Ba là tác giả thông tin luận văn, sinh viên tiến sĩ cấp 2016 của khoa vật lý Đặng Vũ Quân, sau tiến sĩ Vu Dật Tuấn là tác giả chung của luận văn.

Vật liệu graphite đi kèm với một lớp nguyên tử đơn - graphene đã được tách thành công và khái niệm về vật liệu hai chiều đã chính thức được đưa ra. Một mảnh chỉ được làm từ một lớp nguyên tử carbon, đó là graphene. Là vật liệu hai chiều của graphene, vật liệu mẹ tương ứng với nó là graphite, tức là vật liệu hai chiều dựa vào sự tích tụ của các tương tác van der Waals giữa các lớp. Từ những năm 70 của thế kỷ trước, vật liệu dạng lớp đã thu hút sự chú ý vì nghiên cứu trong các lĩnh vực như sóng mật độ điện tích, siêu dẫn, pin lithium. Chuẩn bị một đơn vị nhỏ - một lớp duy nhất - trong vật liệu nhiều lớp để nghiên cứu cũng giống như chúng ta mở một cuốn sách và nghiên cứu cẩn thận một trang. Một nghiên cứu chuyên sâu về vật liệu hai chiều có thể không chỉ giúp chúng ta khám phá ra bí ẩn của những vật liệu mẹ nhiều lớp này, mà còn cho phép chúng ta khám phá ra vật lý bên trong chúng không tồn tại trong các hệ thống ba chiều. Quan trọng hơn, tất cả các nguyên tử của vật liệu hai chiều được phơi bày trên bề mặt, không có phần nào của "cơ thể" bị che giấu và dễ điều chỉnh hơn so với vật liệu ba chiều.

Trong những năm gần đây, vật liệu từ tính 2 chiều đã trở thành điểm nóng nghiên cứu mới. Trong nghiên cứu liên quan của zuixin, các nhà nghiên cứu đã sử dụng vật liệu từ tính dạng lớp cách điện Cr2Ge2Te6 và CrI3 làm đối tượng nghiên cứu, sử dụng phương pháp quang học để phát hiện từ tính hai chiều trong vật liệu. Nhưng các vật liệu này đều được cách nhiệt và nhiệt độ chuyển đổi sắt từ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ phòng, gây trở ngại lớn trong việc chuẩn bị và ứng dụng các thiết bị điện tử.

Trên cơ sở nghiên cứu trước đây, nhóm Zhang Yuanbo đã sử dụng vật liệu lớp kim loại làm đối tượng nghiên cứu, sau hai năm tìm tòi, thử nghiệm liên tục trong một năm, cuối cùng đã có được một loại vật liệu từ tính hai chiều mới Fe3GeTe2. Các thí nghiệm của nhóm Zhang đã phát hiện ra rằng Fe3GeTe2 trong một lớp duy nhất vẫn có quy trình dài sắt và dị hướng từ ngoại diện ở nhiệt độ thấp. Quan trọng hơn, nhóm nghiên cứu đã sử dụng công nghệ phát triển của riêng họ để chèn một lớp mỏng Fe3GeTe2 với lithium-ion, làm cho nhiệt độ chuyển đổi sắt từ của mẫu tăng lên trên nhiệt độ phòng, cung cấp khả năng tạo ra các thiết bị điện tử cho vật liệu này trong tương lai.

Một ý tưởng mới: Phương pháp phân tích mẫu mới　　

Trong lĩnh vực vật liệu hai chiều, phương pháp phân giải băng keo truyền thống là một phương pháp phổ biến để chuẩn bị một lớp vật liệu dạng lớp. Phương pháp phân lý băng dính mà hơn mười năm nay vẫn tiếp tục sử dụng cho giới học giả, vô cùng hiệu quả, nhưng cũng vô cùng đơn giản nguyên thủy, có khuyết điểm khó tránh khỏi. Vật liệu có thể phân giải bằng phương pháp này ít, khả năng phân giải có hạn. Đối với các nhóm nghiên cứu khoa học, để có được một lớp vật liệu từ tính hai chiều được nghiên cứu và thậm chí mở rộng hơn nữa đến nhiều vật liệu hai chiều chưa biết khác, đột phá các phương pháp truyền thống để khám phá những con đường mới là con đường tất yếu.

Sau khi tìm hiểu và thử nghiệm liên tục, nhóm nghiên cứu cuối cùng đã phát triển một phương pháp phân tích mẫu mới - sử dụng độ bám dính mạnh giữa oxit nhôm và Fe3GeTe2 và diện tích tiếp xúc lớn hơn để chuẩn bị mẫu đơn. Hiệu quả và khả năng phân giải cao, phương pháp này cũng sẽ cung cấp các phương pháp và ý tưởng nghiên cứu mới để phân giải hiệu quả các vật liệu lớp khác có độ khó tương tự như Fe3GeTe2. Chính việc phát hiện ra phương pháp phân giải mới đã cho phép nhóm nghiên cứu nghiên cứu thêm về tính chất truyền tải điện của vật liệu hai chiều từ tính này.

Chú thích ảnh: a: Cấu trúc nguyên tử của một lớp Fe3GeTe2. b: Sơ đồ phương pháp phân giải cơ học mới sử dụng alumina. c: Biểu đồ pha Fe3GeTe2 về độ dày và nhiệt độ. d: Nhiệt độ phòng từ tính của lớp mỏng Fe3GeTe2.

Theo Zhang Yuanbo, vật liệu hai chiều từ tính mới được phát hiện trong nghiên cứu này, Fe3GeTe2, sẽ cung cấp cho các nhà khoa học khả năng phát triển các thiết bị điện tử từ có mật độ cực cao, áp suất lưới có thể điều chỉnh và nhiệt độ phòng có sẵn dựa trên vật liệu này trong tương lai, và phương pháp phân tích vật liệu hai chiều mới được phát hiện sẽ mở rộng ý tưởng mới cho nghiên cứu vật liệu hai chiều trong tương lai.

"Nghiên cứu cơ bản không phải là định hướng ứng dụng, mà là khám phá các khả năng khác nhau. Vật liệu mới, vật chất mới, tất cả đều là điểm khởi đầu cho nghiên cứu của chúng tôi", Zhang Yuanbo nói. Đối với nhóm nghiên cứu mà nói, tương lai còn có nhiều khả năng chờ đợi bọn họ đi khám phá, thăm dò.