近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院張良柱特聘副研究員與中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所吳忠?guī)浹芯繂T、上海大學(xué)葛軍怡教授、北京航空航天大學(xué)孫志梅教授、德國(guó)工程院院士馮新亮教授等在二維硼鉬烯納米片室溫鐵磁性研究取得新進(jìn)展，該工作以“Vacancies Engineering in Molybdenum Boride MBene Nanosheets to Activate Room-Temperature Ferromagnetism”為題發(fā)表在《Advanced Materials》。

二維磁性材料是凝聚態(tài)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，在拓?fù)鋵W(xué)領(lǐng)域、漲落驅(qū)動(dòng)的新物相、對(duì)自旋的電場(chǎng)調(diào)控和檢測(cè)等方面都有著重要的應(yīng)用。二維層狀磁性材料容易加工成平面的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)的塊體磁性材料具有顯著的優(yōu)勢(shì)，方便通過(guò)應(yīng)力、化學(xué)、光學(xué)和電學(xué)的方法對(duì)其進(jìn)行精細(xì)調(diào)控。根據(jù)Mermin-Wagner定理，二維及一維體系中不會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)程磁有序，但是可以通過(guò)引入各向異性，穩(wěn)定二維體系中的長(zhǎng)程關(guān)聯(lián)，使二維層狀材料中出現(xiàn)長(zhǎng)程磁序。硼化鉬具有優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)和空氣穩(wěn)定性。理論預(yù)測(cè)硼化鉬體系的金屬硼烯中不存在磁性。因此在二維硼鉬烯體系實(shí)現(xiàn)室溫磁性非常具有挑戰(zhàn)性。

張良柱特聘副研究員通過(guò)缺陷工程策略合成了具有鉬空位缺陷的Mo_4/3B₂ MBene 納米片。通過(guò)路易斯酸刻蝕的方法制備Mo_4/3B₂納米片實(shí)現(xiàn)了制備方法的無(wú)氟化。制備的Mo_4/3B₂納米片橫向尺寸為200 nm，厚度為 6.3 nm。其表現(xiàn)出兩個(gè)重要的特性，納米片粉體在環(huán)境溫度下具有出色的穩(wěn)定性而不氧化，以及在300K時(shí)飽和磁矩為 0.04 emu g^-1的本征鐵磁性。結(jié)合理論計(jì)算，鐵磁性的起源歸因于Mo_4/3B₂中的Mo空位缺陷，這些缺陷在費(fèi)米表面附近產(chǎn)生大密度態(tài)，并自發(fā)自旋分裂帶，導(dǎo)致最終導(dǎo)致系統(tǒng)的非零磁矩和自旋極化。MBene體系的磁性研究處于初期階段，這種缺陷工程產(chǎn)生室溫磁性的策略在Mo_4/3B₂納米片中得到了驗(yàn)證。這將成為一種拓展MBene體系豐富物性的可靠方法，也將推進(jìn)二維金屬硼化物室溫磁性在自旋電子學(xué)和磁性納米載體上實(shí)際應(yīng)用。

張良柱特聘副研究員為本文的共同通訊作者和第一作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市浦江學(xué)者項(xiàng)目、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題資金的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202411765