[发明专利]一种非本征二维复合磁性材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种非本征二维复合磁性材料、制备方法及应用，属于二维材料制备领域。所述方法包括：在基底上生长磁性薄膜，退火使其形成磁性纳米颗粒；利用化学气相沉积法的方法将二维材料包覆在磁性纳米颗粒表面，形成曲面包覆结构，得到所述非本征二维复合磁性材料。该方法形成在室温下拥有磁性的非本征的复合二维材料，可以有效地控制材料尺寸，在非易失性磁性存储和谷‑自旋电子学器件方面具有巨大应用前景。由此解决二维本征磁性材料的磁性实现都在较低温的条件下；而传统的非本征的磁性并不能很好地达到想要的效果，并且制备方法复杂、制备条件苛刻的技术问题。

技术领域

本发明属于二维材料技术领域，更具体地，涉及一种非本征二维复合磁性材料、制备方法及应用。

背景技术

摩尔定律的发展受到限制后，人们在探索新材料和更深刻的物理机制的同时，也尝试在材料维度上研究改变着器件的特性，各种新的二维材料具有良好的电学、光学、热力学性质，为自旋电子学提供了新的发展机会和应用前景，高迁移率和高稳定度的特性也是它们在如今的半导体电子器件中成为首选的原因，而自旋电子学的出现与发展,为微观集成器件的发展提供了思路。其中，磁性材料作为一种应用广泛的基础功能材料，在信息的传输存储方面具有独特的优势，广泛地应用在生物医疗、航空、电子电气、交通运输方面，因此实现二维材料的磁性给材料带来了新的挑战和机遇。但理论上根据Mermin–Wagner定理对于二维磁性的否定使得这个想法一度停滞不前，直到本征二维磁性材料CrI3和Cr2Ge2Te6的出现才被打破，由于磁各向异性打破了理论计算二维长程磁有序的模型，自此之后大量关于本征二维磁性材料的研究层出不穷，都被验证出有二维(反)铁磁性，薄膜磁性材料中所具有的巨磁电阻效应和隧道磁阻效应也为自旋电子学和器件的发展提供了契机。

长久以来的二维磁性材料注重于追求本征材料和薄膜材料，然而现有的二维本征磁性材料的磁性实现都在较低温的条件下，并且其重要的磁学性能有别于一般的粗晶块状材料，其较低的居里温度(70K)很难满足电子学器件的实用要求。为了得到室温下的较为稳定的具有磁响应的二维磁性材料，人们不断地尝试新兴材料的同时也在提出更加复杂的模型来解释本质的物理机制。目前研究有一些可以实现二维层状材料的磁性的方法，例如：磁性元素的替代、空位缺陷和相变带来的磁性、磁邻近效应和辐射等等。通过掺杂磁性材料和与磁性材料结合实现自旋注入和界面近临效应，一些有着磁性的二维材料虽然被成功制备，然而受环境和自身各项不稳定的因素影响，容易出现掺杂和空位的浓度不好控制，以及带来缺陷太多，影响了二维材料本身的发光性能等缺点。而磁邻近效应选择的材料室温下无磁性或者磁性很弱并不能很好地达到想要的效果，而有的材料制备困难方法复杂、制备条件苛刻，还有一些重掺杂的材料污染很大。由此我们需要一种在室温下能够保持磁性，并且易制备污染小的材料。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种非本征二维复合磁性材料、制备方法及应用，其目的在于将二维材料包覆在磁性纳米颗粒表面，得到复合的二维磁性材料。由此解决二维本征磁性材料的磁性实现都在较低温的条件下；而传统的非本征的磁性并不能很好地达到想要的效果，并且制备方法复杂、制备条件苛刻的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种非本征二维复合磁性材料的制备方法，包括：在基底上生长磁性薄膜，退火使其形成磁性纳米颗粒；利用化学气相沉积法的方法将二维材料包覆在磁性纳米颗粒表面，形成曲面结构，得到所述非本征二维复合磁性材料。

优选地，所述磁性薄膜为Fe、V、Ni、Co、Mn、CoCrPt、Eu₂O₃、EuS、铁氧体或稀土永磁合金。

优选地，所述二维材料为石墨烯、氮化硼、MXene或化学结构式为MX₂的二维材料，其中，M＝Mo、W，X＝S、Se、Te。

优选地，所述退火条件为在氩气氛围下进行无氧环境的退火，退火温度500-700℃,退火时间1-2小时；所述在基底上生长磁性薄膜为采用磁控溅射的方式在二氧化硅基底上生长磁性薄膜。