二维材料磁性产生和增强的新方法

在厚度只有几个原子的情况下，2D材料为微观尺寸但与现有机器具有相同功能的新技术提供了革命性的可能性

佛罗里达州立大学的研究人员已经解锁了一种生产一类二维材料并增强其磁性的新方法。这项工作发表在Angewandte Chemie上

在由铁、锗和碲元素制成的金属磁体上进行实验，该研究小组取得了两项突破：一种收集方法产生的材料比典型做法多1000倍，另一种是通过化学处理改变FGT磁性的能力

领导这项研究的化学与生物化学系教授Michael Shatruk说：“2D材料因其化学、物理和潜在用途而非常迷人。”。“我们正在朝着开发更高效的电子设备迈进，这些设备消耗更少的功率，更轻、更快、反应更快。二维材料是这个等式的重要组成部分，但要使它们可行，还有很多工作要做。我们的研究是这一努力的一部分。”

这项研究始于液相剥离，这是一种溶液加工技术，可以从分层晶体中大量生产二维纳米片。研究小组发现，其他化学家也在使用这种方法合成二维半导体。他们决定将其应用于磁性材料

液相剥离使化学家能够收集到比在收集过程中使用胶带的更广泛的机械剥离技术更多的这些材料。在Shatruk的案例中，它允许研究人员收集比机械剥离方法多1000倍的材料

Shatruk说：“这是第一步，我们发现它非常有效。”。一旦我们去角质，我们想，“好吧，去角质的事情似乎很容易。”。如果我们把化学应用于这些剥落的纳米片呢？”“

他们在剥落方面的成功产生了足够的FGT，可以进一步探索材料的化学性质。该团队将纳米片与一种名为TCNQ或7,7,8,8-四氰基醌二甲烷的有机化合物混合。这一过程通过将电子从FGT纳米片转移到TCNQ分子，创造了一种新材料FGT-TCNQ。

这种新材料是另一个突破——一种具有更高矫顽力的永磁体，这是衡量磁体承受外部磁场能力的指标。

在最先进的技术中使用的最好的永磁体可以承受几特斯拉的磁场，但通过像FGT这样的二维磁体更具挑战性，因为块体材料中的磁矩可以在几乎可以忽略的磁场下翻转，也就是说，材料的矫顽力几乎为零。

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将FGT晶体剥离成纳米片产生了一种矫顽力约为0.1特斯拉的材料，这对于许多应用来说还不够高。当FSU研究人员将TCNQ添加到FGT纳米片中时，他们将矫顽力提高到0.5特斯拉，增加了五倍，在二维磁体的潜在应用中非常有前景，例如用于自旋滤波、电磁屏蔽或数据存储。

与电磁铁不同。永磁体需要电力来维持磁场，它们本身就具有持久的磁场。它们是各种技术中的关键部件，如MRI机器、硬盘、手机、风力涡轮机、扬声器和其他设备。研究人员计划探索通过其他方法处理材料的可能性，例如通过气体输送或剥离TCNQ或类似活性分子的分子层并将其添加到磁性材料中。他们还将研究这种处理如何影响其他二维材料，如半导体

“这是一个令人兴奋的发现，因为它为进一步的探索开辟了许多道路，”博士生兼合著者Govind Sarang说。“有很多不同的分子可以帮助稳定二维磁体，从而设计出具有多层磁性的材料，这些材料的磁性能被操纵以增强其功能。”

FSU这项研究的合著者包括本科生Jaime Garcia Oliver和教员研究员Yan Xin。来自西班牙瓦莱尼西亚大学的合作者是Alberto M.Ruiz和JoséJ.Baldoví教授 More information: Govind Sasi Kumar et al, Opening the Hysteresis Loop in Ferromagnetic Fe₃GeTe₂ Nanosheets Through Functionalization with TCNQ Molecules, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI: 10.1002/anie.202412425

Journal information: Angewandte Chemie International Edition , Angewandte Chemie