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Robust Two-Dimensional Ferromagnetism in Cr5Te8/CrTe2 Heterostructure with Curie Temperature above 400 K
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2023-11-05 , DOI: 10.1021/acsnano.3c09654
Jielin Yang 1 , Xinyu Wang 1 , Shujing Li 2 , Xina Wang 1 , Minghu Pan 3 , Mingzhong Ai 4 , Hui Yuan 1 , Xiaoniu Peng 1 , Ruilong Wang 1 , Quan Li 4 , Fawei Zheng 5 , Ping Zhang 5, 6
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2023-11-05 , DOI: 10.1021/acsnano.3c09654
Jielin Yang 1 , Xinyu Wang 1 , Shujing Li 2 , Xina Wang 1 , Minghu Pan 3 , Mingzhong Ai 4 , Hui Yuan 1 , Xiaoniu Peng 1 , Ruilong Wang 1 , Quan Li 4 , Fawei Zheng 5 , Ping Zhang 5, 6
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The discovery of ferromagnetism in two-dimensional (2D) van der Waals crystals has generated widespread interest. The seeking of robust 2D ferromagnets with high Curie temperature (Tc) is vitally important for next-generation spintronic devices. However, owing to the enhanced spin fluctuation and weak exchange interaction upon the reduced dimensionalities, the exploring of robust 2D ferromagnets with Tc > 300 K is highly demanded but remains challenging. In this work, we fabricated air-stable 2D Cr5Te8/CrTe2 vertical heterojunctions with Tc above 400 K by the chemical vapor deposition method. Transmission electron microscopy demonstrates a high-quality-crystalline epitaxial structure between tri-Cr5Te8 and 1T-CrTe2 with striped moiré patterns and a superior ambient stability over six months. A built-in dual-axis strain together with strong interfacial coupling cooperatively leads to a record-high Tc for the CrxTey family. A temperature-dependent spin-flip process induces the easy axis of magnetization to rotate from the out-of-plane to the in-plane direction, indicating a phase-dependent proximity coupling effect, rationally interpreted by first-principles calculations of the magnetic anisotropy of a tri-Cr5Te8 and 1T-CrTe2 monolayer. Our results provide a material realization of effectively enhancing the transition temperature of 2D ferromagnetism and manipulating the spin-flip of the easy axis, which will facilitate future spintronic applications.
中文翻译：
居里温度高于 400 K 的 Cr5Te8/CrTe2 异质结构中的鲁棒二维铁磁性
二维 (2D) 范德华晶体中铁磁性的发现引起了广泛的兴趣。寻找具有高居里温度（T c）的坚固二维铁磁体对于下一代自旋电子器件至关重要。然而，由于维数降低时自旋涨落增强和交换相互作用弱，探索T c > 300 K 的坚固二维铁磁体的需求很大，但仍然具有挑战性。在这项工作中，我们通过化学气相沉积方法制备了T c高于400 K的空气稳定2D Cr 5 Te 8 /CrTe 2垂直异质结。透射电子显微镜展示了 tri-Cr 5 Te 8和 1T-CrTe 2之间的高质量晶体外延结构，具有条纹莫尔图案，并且在六个月内具有出色的环境稳定性。内置双轴应变与强界面耦合共同导致Cr x Te y系列的T c创历史新高。温度相关的自旋翻转过程导致磁化易轴从面外方向旋转到面内方向，表明相位相关的邻近耦合效应，通过磁各向异性的第一原理计算合理解释三-Cr 5 Te 8和1T-CrTe 2单层。我们的研究结果提供了有效提高二维铁磁性转变温度和操纵易轴自旋翻转的材料实现，这将有助于未来的自旋电子学应用。
更新日期：2023-11-05
中文翻译：
居里温度高于 400 K 的 Cr5Te8/CrTe2 异质结构中的鲁棒二维铁磁性
二维 (2D) 范德华晶体中铁磁性的发现引起了广泛的兴趣。寻找具有高居里温度（T c）的坚固二维铁磁体对于下一代自旋电子器件至关重要。然而，由于维数降低时自旋涨落增强和交换相互作用弱，探索T c > 300 K 的坚固二维铁磁体的需求很大，但仍然具有挑战性。在这项工作中，我们通过化学气相沉积方法制备了T c高于400 K的空气稳定2D Cr 5 Te 8 /CrTe 2垂直异质结。透射电子显微镜展示了 tri-Cr 5 Te 8和 1T-CrTe 2之间的高质量晶体外延结构，具有条纹莫尔图案，并且在六个月内具有出色的环境稳定性。内置双轴应变与强界面耦合共同导致Cr x Te y系列的T c创历史新高。温度相关的自旋翻转过程导致磁化易轴从面外方向旋转到面内方向，表明相位相关的邻近耦合效应，通过磁各向异性的第一原理计算合理解释三-Cr 5 Te 8和1T-CrTe 2单层。我们的研究结果提供了有效提高二维铁磁性转变温度和操纵易轴自旋翻转的材料实现，这将有助于未来的自旋电子学应用。
京公网安备 11010802027423号