Desde a descoberta do grafeno em 2004, a pesquisa sobre materiais bidimensionais começou a entrar no horizonte dos cientistas. Até agora, os pesquisadores descobriram materiais bidimensionais com propriedades muito diferentes, incluindo isolantes, semicondutores e metais. Recentemente, a equipe de professores Zhang Longwave do Departamento de Física da Universidade de Fudan fez um grande avanço no campo dos materiais magnéticos bidimensionais - descobriu um novo tipo de material magnético bidimensional Fe3GeTe2, fornecendo um novo sistema ideal para o estudo do magnetismo de cruzamento bidimensional. Além disso, através da regulação da camada de íons de lítio, a equipe obteve temperaturas de transição ferromagnética acima da temperatura ambiente na camada fina de Fe3GeTe2, oferecendo novas possibilidades para o desenvolvimento futuro de dispositivos eletrônicos de ultra-alta densidade, ajustáveis ​​na pressão da rede e disponíveis à temperatura ambiente com base neste material.

Em 22 de outubro (hora de Londres), o estudo foi publicado em "Ferromagnetismo à temperatura ambiente regulado pela pressão de rede em ferrogermânio-ferro bidimensional"

（“Gate-tunable Room-temperature Ferromagnetism in Two-dimensional Fe3GeTe2”） O estudo foi publicado na revista acadêmica Dingji Nature. O professor Zhang Yuanba, do Departamento de Física da Universidade de Fudan, é o autor da comunicação da tese, e o estudante de doutorado Deng Yujun, do Departamento de Física de 2016, e o pós-doutorado Yijun são os coautores da tese.

Junto com a camada atómica do material de grafito - o grafeno foi separado com sucesso, o conceito de material bidimensional foi formalmente apresentado. Uma folha fina composta apenas por uma camada de átomos de carbono, que é o grafeno. Como um material bidimensional grafeno, o material-mãe correspondente é o grafite, ou seja, o material bidimensional depende da interação de van der Valls entre camadas de material em camadas. Desde a década de 1970, os materiais em camadas têm recebido muita atenção devido à pesquisa em áreas como ondas de densidade de carga, supercondutores e baterias de lítio. Preparar uma pequena unidade de um material em camadas – uma única camada – para a investigação é como abrir um livro para estudar cuidadosamente uma página. Um estudo aprofundado dos materiais bidimensionais não só pode nos ajudar a desvendar os mistérios desses materiais-mãe em camadas, mas também pode nos levar a descobrir a física que está neles e não existe em sistemas tridimensionais. Mais importante ainda, todos os átomos de um material bidimensional estão expostos à superfície e nenhuma parte do "corpo" escondido é mais fácil de controlar do que um material tridimensional.

Nos últimos anos, os materiais magnéticos bidimensionais se tornaram um novo ponto quente de pesquisa. No estudo relacionado com Zuixin, os pesquisadores usaram materiais magnéticos em camadas isoladas Cr2Ge2Te6 e CrI3 como objectos de estudo, usando os meios ópticos para detectar o magnetismo bidimensional no material. Mas todos esses materiais são isolados e a temperatura de transição ferromagnética é muito inferior à temperatura ambiente, o que representa um grande obstáculo para a preparação e aplicação de dispositivos eletrônicos.

Com base em estudos anteriores, a equipe de Zhang Yuanwa adotou materiais em camadas de metal como objeto de estudo, depois de dois anos de pesquisa e até um ano de experimentos contínuos, finalmente obteve um novo tipo de material magnético bidimensional Fe3GeTe2. Experimentos da equipe de Zhang Yuanwa descobriram que a camada única de Fe3GeTe2 ainda tem um processo ferromagnético longo em baixas temperaturas, bem como a oposição magnética externa. Mais importante ainda, a equipe Zhang Yuanwa usou sua própria tecnologia desenvolvida para laminar uma camada fina de Fe3GeTe2 com íons de lítio para elevar a temperatura de transformação ferromagnética da amostra acima da temperatura ambiente, possibilitando a produção de dispositivos eletrônicos no futuro do material. A partir de então, o número de pessoas que estão a trabalhar na área é de 1.

Uma nova ideia: um novo método de análise de amostras　　

No campo dos materiais bidimensionais, o método tradicional de dissolução de fita é uma forma comum de dissolução de materiais em camadas para preparar uma camada única. A solução de fita que tem sido usada pela comunidade acadêmica por mais de uma década é muito eficaz, mas também muito simples e original, com defeitos inevitáveis. O material que pode ser resolvido com esse método é pequeno e a capacidade de resolvimento é limitada. Para a equipe de pesquisa científica, para obter uma camada única do material magnético bidimensional estudado, ou até expandir para muitos outros materiais bidimensionais desconhecidos, é necessário romper os métodos tradicionais para explorar novos caminhos. A partir de então, o número de pessoas que estão a trabalhar na área é de 1.

Após pesquisas difíceis e tentativas contínuas, a equipe Zhang desenvolveu uma nova abordagem para resolver amostras - usando a forte adesividade entre o óxido de alumínio e Fe3GeTe2 e uma área de contato maior para preparar amostras de camada única. Este método é altamente eficiente na preparação e na capacidade de resolução, e também fornecerá novos métodos e ideias de pesquisa para a resolução eficaz de outros materiais em camadas com dificuldades semelhantes à resolução de Fe3GeTe2. Foi a descoberta de um novo método de resolução que permitiu à equipe de pesquisadores estudar ainda mais as propriedades de transporte elétrico deste material magnético bidimensional.

Caption: a: Estrutura atômica de uma camada única de Fe3GeTe2. b: Esquema de um novo tipo de metodologia mecânica usando óxido de alumínio. c: Gráfico de Fe3GeTe2 sobre espessura e temperatura. d: Magnetismo em temperatura ambiente da camada fina de Fe3GeTe2.

De acordo com Zhang Yuanwa, o novo tipo de material magnético bidimensional Fe3GeTe2 descoberto neste estudo fornecerá uma possibilidade para os cientistas desenvolverem dispositivos eletrônicos de ultra-alta densidade, pressão de porta ajustável e temperatura ambiente disponíveis com base nesse material no futuro, e o recém-descoberto método de resolução de materiais bidimensionais expandirá novas ideias para a pesquisa futura de materiais bidimensionais. A partir de então, o número de pessoas que estão a trabalhar na área é de 1.

"A pesquisa básica não é orientada para aplicações, mas sim para explorar possibilidades. Novos materiais, novas propriedades são o ponto de partida de nossa pesquisa", disse Zhang Yuanba. Para a equipe de pesquisa, há mais possibilidades para descobrir e explorar no futuro.