二維層狀磁性材料展現(xiàn)出如反常量子霍爾效應(yīng)、巨大的隧道磁阻等奇特的物理特性。負(fù)磁阻材料在磁場(chǎng)中的電阻會(huì)下降，這一反常特性使其在現(xiàn)代磁傳感器、電磁保護(hù)和自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管中具有獨(dú)特應(yīng)用。近年來，科學(xué)家在二維層狀材料中發(fā)現(xiàn)了一些負(fù)磁阻效應(yīng)，例如，F(xiàn)eNbTe₂晶體中出現(xiàn)本征的負(fù)磁阻效應(yīng)（nMR=-1%）是自旋玻璃態(tài)和安德森電子局域的綜合效應(yīng)導(dǎo)致。在II型狄拉克半金屬PtSe₂中的鉑空位會(huì)引起局部磁矩，從而產(chǎn)生各向同性的負(fù)磁阻現(xiàn)象和Kondo效應(yīng)。然而，層狀過渡金屬硫?qū)倩衔锛易逯芯哂斜菊髫?fù)磁阻效應(yīng)的材料稀缺。

　　基于“結(jié)構(gòu)功能區(qū)”的設(shè)計(jì)思想，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所先進(jìn)材料與新能源應(yīng)用研究團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)合作，設(shè)計(jì)出新型的二維層狀反鐵磁材料CrZr₄Te₁₄。單層CrZr₄Te₁₄由一維的[CrTe₂]磁性原子鏈和[ZrTe₃]原子鏈按照1:4共點(diǎn)連接而成，每一層通過范德瓦爾斯鍵堆疊而成。研究在掃描透射電子顯微鏡下可以觀察到一維的[CrTe₂]原子鏈被[ZrTe₃]鏈所隔開。此外，科研人員通過變溫拉曼光譜探究了CrZr₄Te₁₄在低溫下原子振動(dòng)模式的演變，通過擬合可知拉曼峰的溫度依賴系數(shù)高于二硫化鉬這些典型的層狀材料，這是該結(jié)構(gòu)中每一層上的褶皺結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的。

　　科研團(tuán)隊(duì)研究了CrZr₄Te₁₄磁性起源和不同方向磁場(chǎng)下的電學(xué)輸運(yùn)特性。CrZr₄Te₁₄在6K下發(fā)生反鐵磁轉(zhuǎn)變，計(jì)算表明磁性來自具有高自旋電子態(tài)的鉻離子。在強(qiáng)磁場(chǎng)下，少層的CrZr₄Te₁₄電子器件表現(xiàn)出巨負(fù)磁阻效應(yīng)。由于CrZr₄Te₁₄準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在不同方向的磁場(chǎng)下負(fù)磁阻行為具有明顯的各向異性。

　　相關(guān)研究成果以Quasi-1D van der Waals Antiferromagnetic CrZr₄Te₁₄ with Large In-Plane Anisotropic Negative Magnetoresistance為題，發(fā)表在Advanced Materials上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)和博新計(jì)劃等的支持。

　　論文鏈接 

　　CrZr₄Te₁₄的原子結(jié)構(gòu)示意圖、拉曼光譜及XRD譜

　　CrZr₄Te₁₄單晶樣品的磁性及磁阻行為