二维原子磁性材料的研究进展(2)
时间:2019-03-24 21:19 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
根据材料厚度的不同，二文原子晶体材料可以分为以下两类①以石墨烯、BN片为代表的单原子层晶体材料②多原子层厚度 的晶体材料。前者在垂直于平面的z方向上只有一层原子，而后者则是由单层结构组装、堆积而成，具有周期性，其中的各单层结构可能是相同或不同的物质，不同的多层材料其堆积方式也可能有所不同。 几何结构方面的特殊性导致与三文材料相比，二文原子晶体材料 不仅体现出增强的材料本征性能，还可能产生一些后者不具备的电学、磁学、光学等方面的新特性，拥有优异的物理、化学性质，从而扩展了材料的功能性。另一方面由于其超薄的几何特征，在集成电子器件方面，这种独特二文结构的出现为器件微型化和功能更大化的实现带来了希望，有着广阔的应用前景4。因而无论是在理论的研究，还是实际的应用方面，对于二文原子晶体材料的探索都是很有必要的。 1.1.2 二文原子晶体材料的磁性 我们知道，电子的自旋是磁性材料磁性的主要来源, 总的来说，物质的磁性是由原子内电子排布布和物质晶体结构共同决定的。物质具有磁性需要以下条件:①原子具有固有磁矩 ②电子间交换积分J大于零。前者是必要条件，后者则是是充分条件。 二文原子晶体材料因其巨大的应用前景，得到各国学者的广泛关注。虽然近年来在实验中合成了越来越多的二文原子晶体材料，但其中大多数都是非磁性的（如最早先的石墨烯材料就不具有本征磁性），由于缺少稳定的有序自旋 结构，它们在自旋电子学（spintronic）中的应用被限制。随着对二文原子晶体材料磁性重要性的认识，科学家们提出了一些相应的的研究方法，如掺杂电子、空穴等，通过这些方法使部分晶体获得了稳定的有序自旋结构，如石墨烯纳米带、石墨烯的化学吸附、优尔方晶系的BN和杂化的C/BN纳米管5-8等。在下文将具体介绍二文原子磁性材料的相关研究进展。 1.2 二文原子晶体材料的几种制备方法 我们以石墨烯为代表，简要阐述一些制备方法。 石墨烯的制备方法可分为物理的 以及化学的方法。物理方法的制备，主要是设法从晶格完备性较高的石墨上获得薄片，可说是一种自上而下的方式，一般来说该法产生的石墨烯尺度较大（据报道尺度基本在80nm以上）。而通过小分子的合成或溶液的分离实现石墨烯的制备，这就是化学的制备方法。这种生产方式可以看做是自下而上的，通过此法，可得到尺度在10nm以下的石墨烯。下面对这两种方法及其相应特点进行简要介绍。 物理方法中较常见的有： ①机械剥离法。机械剥离法（也即胶带剥离法）正是最早由Andre Geim等使用和制备得到石墨烯的方法，在一些类似石墨的二文原子晶体材料（如BN片、硅烯等）的合成中，该法也得到较多应用。通过撕开粘在晶面两侧的胶带，使晶面厚度减半，重复上述过程，则可以得到很薄的甚至是单原子层厚度的二文晶片。该法制得的石墨烯质量高、物性好，被广泛应用于石墨烯理论及元器件方面的研究。石墨烯的很多物理性质都是通过由此法 得到的石墨烯观察到的。然而该法缺点也比较明显：过程繁琐、产率低而随机性高，难以实现规模制备。另外，这种方法难以获得尺度较小的石墨烯（其尺度通常为几十微米）。 ②热敷解SiC 9,10 。此法可控性不高，通常会产生难以控制的缺陷以及多晶畴结构，难以获得质量较高的长程有序晶体结构。 ③含碳基金属表面外延生长SiC方法11。该法制得的石墨烯质量相对较高，但是制备条件苛刻，对真空度要求较高，成本高而产率低。设法避免与表面的强烈相互作用 是一个不易解决的问题，上述缺点限制了它的生产应用。 (责任编辑：qin) |