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山西师大许小红教授团队Nano Lett:采用一锅法首次合成具有磁耦合外延界面的Cr2Te3/MnTe/Cr2Te3异质结纳米棒

  2021-09-28 16:14:15  

 

 

磁性异质结由于其独特的磁学特性,为自旋电子器件提供了广阔的应用前景。尽管人们已经制备出了包括核/壳结构、多层膜体系和范德华异质结等多种磁性异质结,但理想异质界面的构建通常采用分子束外延和脉冲激光沉积等高端技术获得。化学合成法制备的核/壳纳米晶多数是壳层直接包裹纳米核,核弯曲表面存在较多的原子缺陷导致核/壳间仍为弱的磁交换耦合。迄今为止,具有高质量外延界面的一维双磁异质结的制备尚未见报道。

近日,山西师范大学王芳教授、许小红教授与中科院化学所薛丁江研究员共同合作,采用一锅法在液相中首次生长出具有外延界面的Cr2Te3/MnTe/Cr2Te3异质结纳米棒。研究人员首先通过第一性原理预测到:MnTe和Cr2Te3之间较小的晶格失配和较低的界面形成能有利于MnTe/Cr2Te3异质结的生长,并且铁磁/铁磁有序排列是最稳定的耦合界面(图1)。

图1 MnTe晶格与Cr2Te3单胞组成的MnTe/Cr2Te3异质结及界面磁有序排列

他们通过精确控制MnTe和Cr2Te3的成核过程,采用简单的一锅溶液法能够在低温下提供MnTe纳米棒晶种,在高温下外延生长Cr2Te3纳米头,且通过动力学调控纳米头尺寸,进而形成不同形貌的Cr2Te3/MnTe/Cr2Te3异质结。通过球差电镜观察发现,该一维异质结结晶度良好,且具有高质量的外延平整界面(图2)。

图2 Cr2Te3/MnTe/Cr2Te3异质结

基于MnTe反铁磁和Cr2Te3铁磁性能,具有外延界面的Cr2Te3/MnTe/Cr2Te3异质结纳米棒呈现优异的铁磁性能和交换偏置现象,其矫顽力高达5.8 kOe,饱和磁化强度为4.2 emu/g,交换偏置场为892.5 Oe(图3)。从反铁磁MnTe纳米线到铁磁Cr2Te3/MnTe/Cr2Te3异质结纳米棒的调控可以扩展到多种新型磁性异质结的设计,该体系的成功合成为一维双磁异质结的制备开辟了新思路。

图3 Cr2Te3/MnTe/Cr2Te3异质结的磁学性能

该研究成果以题为《One-Pot Synthesis Enables Magnetic Coupled Cr2Te3/MnTe/Cr2Te3 Integrated Heterojunction Nanorods》发表在Nano Letters上(影响影子:11.2)。Nano Letters是美国化学会(ACS)旗下顶级学术期刊,在纳米材料领域具有权威影响力。山西师范大学王芳教授、杨欢博士、张会生副教授为论文第一作者,山西师范大学王芳教授、许小红教授和中科院化学所薛丁江研究员为通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的支持。(材料科学研究院 供稿)

全文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02481

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