中国人民大学程鹏课题组与合作者发现一种新型磁性二维材料FePd2Te2

【导读】

近日，中国人民大学物理学系程鹏副教授课题组发现一种具有全新晶体结构的新型磁性二维材料FePd₂Te₂，并与程志海教授课题组、中科院强磁场科学中心郑国林研究员团队和衢州学院杨建辉教授合作对其结构与物性进行深入研究，发现FePd₂Te₂是一个非常少见的具有面内单轴各向异性的二维铁磁金属，并在一种特殊孪晶结构作用下形成了有趣的面内自旋纹理结构。相关研究成果以“FePd₂Te₂: An Anisotropic Two-Dimensional Ferromagnet with One-Dimensional Fe Chains”为题于2024年7月24日在线发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。

【成果掠影】

可以被解理到少层并能保持长程磁有序的二维材料无论对于基础物理研究还是自旋电子学器件应用都具有重要价值，在近年来成为科学界关注的热点。目前被广泛研究的磁性二维材料都或多或少具有一些诸如空气敏感、大单晶制备困难、居里温度低、磁各向异性弱等缺点，因此积极探索具有优异物性的新型磁性二维材料具有重要意义。并且自2004年石墨烯带来二维材料研究热潮至今，人们研究的二维材料大多都是化学数据库里已知晶体结构的固体材料，很少有全新晶体结构的二维材料被发现。

程鹏课题组近年来一直致力于探索新型磁性二维材料，前期部分研究成果包括通过Co掺杂在Fe₅GeTe₂中发现一系列磁性可调控的室温二维范德华磁性材料[Appl. Phys. Lett. 116, 202402 (2020)]；制备出具有强磁各向异性的稀土二维范德华反铁磁单晶DyOCl、DyOBr和SmOCl [Phys. Rev. B 104, 214410 (2021)，Phys. Rev. Mater. 8,074006 (2024)]等等。

最近，程鹏及合作团队发现一种新型三元化合物FePd₂Te₂，并成功制备出厘米量级的单晶样品。通过结构解析和密度泛函理论计算发现这是一个具有Fe原子组成的准一维Z型Fe链结构的二维材料（图1），机械剥离实验可以得到厚度低于5纳米的少层薄片。磁化率、输运、比热和中子散射实验结果表明，FePd₂Te₂是一个居里温度为183K的铁磁金属（图2），具有沿着解理面内方向的强单轴磁各向异性和大矫顽场的硬磁性，并且还表现出巡游磁性和强关联电子行为。有趣的是，扫描隧道显微镜实验在FePd₂Te₂中观测到一种奇特的面内准一维Fe链转角90度的孪晶结构。并且在孪晶结构和单轴磁各向异性共同作用下，FePd₂Te₂在解理面内形成一种非常少见的自旋纹理结构（图1）。

【核心创新点】

首先，FePd₂Te₂的晶体结构在已知的化学材料数据库中未找到相同甚至相似的模板，是一个具有全新晶体结构的二维材料。

其次，FePd₂Te₂同时具有二维层状特征和准一维的Fe链，是一个同时研究二维和准一维磁性及输运行为的特殊材料平台。

最后，FePd₂Te₂也是一个十分少见的具有面内单轴磁各向异性的二维铁磁金属，并且这种各向异性与孪晶结构相结合，形成一种非常有趣且特殊的面内自旋纹理结构。

【数据概览】

图1：FePd₂Te₂的晶体结构、晶体照片及STM显示的Fe链及孪晶结构。

图2：FePd₂Te₂块体的磁性质和薄层样品的反常霍尔效应。

【成果启示】

综合上述研究结果，FePd₂Te₂首先是一种空气稳定、可制备大尺寸单晶的新型磁性二维材料，为二维磁性领域的研究提供了一个崭新的材料平台。并且它奇特的一维与二维交织的晶体结构、强关联电子行为、面内单轴各向异性以及孪晶控制的自旋纹理结构，预示着未来在其中探索新奇量子现象和实现自旋电子学器件应用的重要价值。

原文详情：论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c04910

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