二维磁性材料的磁相变及演变规律的拉曼光谱测量
批准号:
22105049
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
吴娟霞
依托单位:
学科分类:
无机功能材料化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴娟霞
中文摘要
本项目中,拟借助低波数变温磁场微区拉曼光谱技术对二维磁性材料的磁性相变性质及其演变规律进行系统研究。通过测量各种二维磁性材料(如FeOCl、CuCrP2S6等)的变温偏振拉曼光谱,分析其拉曼特征峰的峰强、峰位以及偏振依赖性随温度的变化关系,从晶体结构和磁性对称性的角度对其相转变过程进行研究,利用外加磁场改变二维磁体的电子自旋态,结合偏振和旋光拉曼的特征变化,探究其磁光相互作用和自旋声子耦合的物理机制。系统研究不同层数的二维磁性材料拉曼光谱的温度、偏振、旋光以及外加磁场依赖性,分析其相变温度和磁滞行为,绘制磁性相变的相图和磁滞回线,磁性相变对其层数依赖的演变规律进行探究。利用电场、应力以及与其他二维材料异质结的构建对二维磁性材料的电子自旋进行调控,结合拉曼光谱研究其磁性相变的外场调控规律和表界面效应。
英文摘要
In this project, we intend to systematically study the magnetic phase transition properties and evolution rules of two-dimensional (2D) magnetic materials on a low wavenumber, variable temperature, magnetic Raman system. By measuring the temperature-dependent polarized Raman spectra of various 2D magnetic materials, such as FeOCl, CuCrP2S6, etc., the phase transition process is studied from the perspective of crystal structure and magnetic symmetry on the basis of the relationship between the Raman peak intensity, peak position and polarization dependence with temperature. Applied a external magnetic field to change the electron spin state of two-dimensional magnet, the physical mechanism of magneto-optical interaction and spin-phonon coupling is explored using the polarized and helicity-resolved Raman Spectroscopy. Through study the temperature, polarization, helicity and magnetic dependence of Raman spectra for 2D magnetic materials with different thicknesses, the phase transition temperature and hysteresis behavior are resolved, and the phase diagram and hysteresis loop of magnetic phase transition are drawn, and then the evolution rules of magnetic phase transition with layer number are explored. The electron spin state of 2D magnet is modulated by applied gating, strain and fabracation the heterostructure with other 2D materials. Combining the Raman characterization, the external field modulation and surface effect are investigated.
具有多功能相变特性(如电荷密度波、超导、铁磁/反铁磁、铁电等)的二维材料可用于自旋晶体管、逻辑存储器等新原理器件。本项目在前期开展的二维反铁磁半导体NiI2的相关研究的基础上,进一步拓展了二维磁性材料体系,开展了“二维磁性材料的磁相变及演变规律的拉曼光谱测量”,取得了一些重要结果,包括(1)以低波数变温磁场微区拉曼光谱技术为手段,研究了二维FeOCl晶体的磁结构、磁性相变及演变规律,取得了如下成果:二维FeOCl在低温的螺旋分辨拉曼光谱的磁场依赖性为二维FeOCl在低温相的Ising型磁结构提供了光谱证据;变温偏振拉曼光谱测量证实了FeOCl在二维尺度下的反铁磁-顺磁相变(低波数区域(~62 cm-1)与反铁磁相关的二磁振子峰,以及相变温度以上磁涨落产生的准弹性散射峰(<20 cm-1)),获得了二维FeOCl的相变温度(~80 K,不随厚度而改变);根据准弹性散射峰沿不同晶轴的平行偏振下表现的不同的行为,指认了二维FeOCl面内各向异性的磁比热。(2)利用垂直电场调制的二次谐波验证了二维γ-InSe极化翻转及局域对称性变化的特征,为范德华层内滑移导致的铁电极化提供了支撑证据。(3)采用高温原位显微光学成像技术对二维二硫化钼晶体生长的成核和生长过程进行了研究,提出了单晶生长的顶点-扭结-边缘模型。本项目的开展为二维材料磁性结构相变的微区表征提供了新的研究思路,并为新型二维材料的实际应用打下基础。
国内基金
海外基金