在傳統(tǒng)磁性器件中，磁化方向一般可以通過電流產(chǎn)生局域的磁場或者自旋轉(zhuǎn)矩等方式來實現(xiàn)操控，這些方法不可避免地會產(chǎn)生焦耳熱。近年來，人們嘗試利用純電場手段來操控磁化方向，從而實現(xiàn)磁調(diào)控。因此，實現(xiàn)低維磁性材料的電場調(diào)控是發(fā)展超緊湊、低功耗、非易失性自旋電子學器件的關鍵。對于二維巡游磁體系，電場調(diào)控磁性所面臨的挑戰(zhàn)是如何有效地調(diào)控巡游磁體系中的超高載流子濃度。該合作團隊在前期研究中利用固態(tài)質(zhì)子門電壓調(diào)控技術(shù)實現(xiàn)了層狀鐵磁金屬Fe5GeTe2的質(zhì)子插層，從而大幅度地改變了體系的載流子濃度并實現(xiàn)了該材料低溫下的磁相變[Nano Lett. 21, 5599-5605 (2021)]。然而，F(xiàn)e5GeTe2納米片中門電壓可控的磁相變溫度遠低于室溫，難以實用化。因此，尋找室溫下具有矩形磁滯回線且易于調(diào)控的鐵磁材料具有重大意義。
 

　　為此，該團隊制備出了具有室溫磁性的二維鐵磁材料Cr_1.2Te₂單晶，通過機械剝離獲得了不同厚度(12 nm~40 nm)çš„Cr_1.2Te₂納米片。輸運測量發(fā)現(xiàn)，Cr_1.2Te₂納米片在室溫下展示出了矩形磁滯回線，具有較高的實用價值。進一步研究發(fā)現(xiàn)，在T=200 K，Cr_1.2Te₂納米片在固態(tài)質(zhì)子門電壓調(diào)控下其磁性呈現(xiàn)出非單調(diào)的演化規(guÄ«)律，反?；魻栯娮杪试陔娮有蛽诫s下先增大(-8 V≤Vg<0 V)再減小(Vg<-8 V), 當門電壓Vg=-14 V同時電子摻雜濃度達到3.8×1021 cm-3時，體系反?；魻栃?，表明該體系在電子摻雜下其磁基態(tài)發(fā)生了改變。當T=290 K時，研究人員發(fā)現(xiàn)Cr_1.2Te₂納米片的鐵磁性在質(zhì)子插層下呈現(xiàn)出了相似的演變規(guÄ«)律，即反?；魻栯娮杪孰S著電子摻雜濃度的增加先增大再減小并最終消失，如下圖所示。理論分析發(fā)現(xiàn)，Cr_1.2Te₂在質(zhì)子插層下可實現(xiàn)電子摻雜，當摻雜濃度達到1021 cm-3量級時，磁基態(tài)可從鐵磁轉(zhuÇŽn)變?yōu)榉磋F磁，這與實驗觀測的現(xiàn)象一致。實現(xiàn)室溫下磁性材料的電場調(diào)控有助于發(fā)展可實用化的自旋電子學器件。
 

　　合肥工業(yè)大學談誠博士為論文的第一作者，華南理工大學廖繼海博士為論文的共同第一作者。中國科學院合肥物質(zhì)院強磁場中心鄭國林研究員、中國科學技術(shù)大學向斌教授、華南理工大學趙宇軍教授以及合肥工業(yè)大學王瀾教授為論文的共同通訊作者。該工作得到了得到了科技部、基金委、中國科學院等項目的支持。
 

　　(å·¦)器件示意圖。(右)室溫下Cr_1.2Te₂納米片在固態(tài)質(zhì)子門電壓調(diào)控下的磁相變過程。