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纳米力学谐振器探测二维材料的磁、电子相变

更新时间:2020-07-05 23:50点击:

相变在材料中起着重要的作用。然而,在二维材料中,最著名的是石墨烯,相变的研究是非常困难的。来自代尔夫特科技大学和巴伦西亚大学的研究人员开发了一种新的方法来帮助解决这个问题。他们将超薄的2d材料层悬浮在一个空腔上,并用激光跟踪产生的薄膜的共振频率。他们的研究结果发表在《自然通讯》上。

自从发现石墨烯和mdash特殊的电学和力学性能以来;第一个二维材料—厚度可达单个原子的层正引起科学界的兴趣。随着这些层中独特的磁和电子相类型的发现,包括超导、电荷密度波、二维反铁磁和铁磁相,出现了新的功能和现象。相变在材料中起着重要的作用:例如水在室温下是液体,在摄氏零度以下结冰,形成一种性质完全不同的材料。

共振运动

在大样本中,有几种方法可以测量这些相变,例如通过测量比热来显示相变的突变。然而,在质量小于1微克图的原子薄样品中研究这些跃迁的方法很少。这对超薄绝缘反铁磁体来说尤其具有挑战性,因为它只与磁探针和电子探针微弱地耦合。

代尔夫特理工大学的研究人员已经证明,可以通过观察由这些2D材料制成的膜的共振运动来研究这些相。这种薄膜可以通过将超薄晶体悬浮在衬底的空腔上而形成,从而形成纳米级的鼓。我们用红色激光跟踪这些膜的机械共振频率,同时用功率调制的蓝色激光使它们以兆赫频率运动。研究员Makars Šiškins解释道

突然扩张

当研究人员冷却FePS3、NiPS3和MnPS3的膜时,他们观察到它们共振频率的突然变化。斯卡隆:有趣的是,这种变化与这些材料以反铁磁方式排列其磁自旋的温度是一致的。在相变温度下,共振频率的变化与磁序的相关性是磁性无序度增大时突然膨胀的结果,类似于从液体到气体的相变。这种膨胀导致膜上的机械应力减少,从而导致共振频率的减少,就像吉他弦一样。

这种新的测量概念适用于各种不同相变的薄膜系统,正如研究者在TaS2中观察电荷密度波的顺序所证明的那样。因此,我们认为我们的概念有潜力应用于研究大范围的材料:二维铁磁体,薄的二维复合氧化物片和有机反铁磁体;Š iš亲属说。我们期望这将有助于更好地理解二维材料的热力学和有序机制。

参考文献:纳米机械谐振器探测的磁相变和电子相变作者:马卡斯·斯卡隆·金斯、马丁·李、塞缪尔·马蒂尔德·阿斯瓦莱罗、尤金尼奥·科洛纳多、雅罗斯拉夫·m·布兰特、赫雷·s·j·范德赞和彼得·g·斯特尼肯2020年6月1日,自然通讯。

DOI: 10.1038 / s41467 - 020 - 16430 - 2