Nature前沿動態：低溫強磁場共聚焦顯微鏡助力CrI3在新興潛在領域中的應用

　　自二維磁性材料被成功制備以來，人們一直度關注磁性的調控，特別是對三碘化鉻（CrI₃）而言，更是受到廣泛的研究和眾多的文獻報道。CrI₃薄片可以很容易地從大塊CrI₃中剝離，就像石墨烯可以從石墨中剝離一樣。也有多篇文獻報道CrI₃單分子膜具有層間反鐵磁序，并且在施加外場后，可以實現從反鐵磁性到鐵磁性的轉變，并觀察到巨大的隧穿磁阻。令人驚訝的是，CrI₃雙層膜表現出反鐵磁性，而三層膜又是鐵磁性的。

　　近期，Jie Shan和Kin Fai Mak（美國康奈爾大學）的研究小組在理解CrI₃薄膜厚度對磁基態依賴性的物理起源方面取得了顯著突破。此外，他們的研究成果為類似薄膜的磁性調控開辟了道路。在他們的研究中，基于attocube的低溫恒溫器在各種實驗技術中都起到了關鍵性作用。

　　近期，該課題組就新的研究成果發表了多篇論文。詳細的發現如下：材料科學家不僅要了解材料的特性，而且需要能設計出具有所需特性的材料并在器件中實現。當涉及到設計所需的性能，范德瓦爾斯材料（vdWMs）已被證明是特別有益的。然而，在范德瓦爾斯材料中缺乏磁性材料，磁性材料在技術上可用于數據存儲或傳感器。CrI₃是一種罕見的具有本征磁性的范德瓦爾斯材料，盡管這種情況只發生在低溫下并且材料對空氣敏感。CrI₃近年來已成為研究和開發范德瓦爾斯材料有用特性的重要平臺。

圖1. 雙層CrI₃中，磁圓二色信號在不同溫度下隨磁場變化曲線，揭示了壓致鐵磁性在~60?K下仍然存在^[1]。

　　Jie Shan和Kin Fai Mak（美國康奈爾大學）的小組以面向應用的方式廣泛研究了CrI₃薄片的磁有序性。研究成果顯示CrI₃中的層間反鐵磁耦合在轉變為鐵磁性之前，可以在壓力下被調諧近100%^[1]。此外，在雙層CrI₃中，通過電場調控技術，證明了反鐵磁共振在幾十GHz范圍內的可調諧性，表明了CrI₃在超高速數據存儲和處理方面的潛力^[2]。

圖2. CrI₃制成的機械諧振器中，機械振幅隨驅動頻率在磁場中的變化（磁場掃描范圍-1T-1T）^[3]。

　　研究也為磁驅動和磁傳感的潛在應用奠定了基礎。該小組證明了雙層反鐵磁CrI₃中的磁致伸縮：在由CrI₃制成的機械諧振器中，共振頻率取決于材料的磁性狀態^[3]。

圖3. 基于雙層CrI₃的電學器件光學照片^[4]。

　　利用電場控制CrI₃層間磁序的特性，課題組設計并測試了一種基于CrI₃的自旋晶體管。該器件中的磁化配置不受自旋電流控制，而由柵電壓控制，自旋晶體管可以實現約400%的電導比，這適用于非易失性存儲器應用^[4]。

　　以上的結果是借助于attoDRY1000和attoDRY2100低溫恒溫器獲得的，這些低溫恒溫器可以與拉曼光譜、磁圓二色性、磁光克爾效應和隧道磁阻測量等多種實驗技術結合使用。

圖4：低振動無液氦磁體與恒溫器—attoDRY系列，超低振動是提供高分辨率與長時間穩定光譜的關鍵因素。

https://qd-china.com/zh/pro/detail/3/1912041697862

　　attoDRY2100+CFM I主要技術特點：

　　+ 應用范圍廣泛:  PL/EL/ Raman等光譜測量

　　+ 變溫范圍：1.8K - 300K

　　+ 空間分辨率：< 1 mm

　　+ 無液氦閉環恒溫器

　　+ 工作磁場范圍：0...9T (12T, 9T-3T，9T-1T-1T矢量磁體可選)

　　+ 低溫消色差物鏡NA=0.82

　　+ 精細定位范圍： 5mm X 5mm X 5mm @ 4K

　　+ 精細掃描范圍：30 mm X 30 mm@4K

　　+ 可進行電學測量，配備標準chip carrier

　　+ 可升到AFM/MFM、PFM、ct-AFM、KPFM、SHPM等功能

　　參考文獻：

　　[1] T. Li et al., Pressure-controlled interlayer magnetism in atomically thin CrI3, Nature Mater.?18, 1303 (2019)

　　[2] X.-X. Zhang et al., Gate-tunable spin waves in antiferromagnetic atomic bilayers, Nature Mater.?19, 838 (2020)

　　[3] S. Jiang et al., Exchange magnetostriction in two-dimensional antiferromagnets, Nature Mater. 19, 1295 (2020)

　　[4] S. Jiang et al., Spin tunnel field-effect transistors based on two-dimensional van der Waals heterostructures, Nature Electron.?2, 159 (2019)

　　相關產品：

　　無液氦低溫強磁場共聚焦顯微鏡：http://www.dongsenyule.com/product/20160315781.shtml