[发明专利]一种二氧化钼非层状二维材料及其制备和在磁性器件中的应用

说明书

本发明属于二维磁性材料领域，具体涉及一种MoOsubgt;2/subgt;非层状二维材料的制备方法，将MoOsubgt;3/subgt;粉末加热挥发，并和含氢载气中的氢气在基底表面化学沉积，形成MoOsubgt;2/subgt;非层状二维材料；所述的MoOsubgt;3/subgt;粉末的挥发温度大于或等于700℃；所述的基底的表面为二氧化硅或者TMDs；所述的化学沉积的温度为540～590℃。本发明还包括所述的制备方法制备的材料及其磁学方面的应用。本发明所述的制备方法能够成功制备MoOsubgt;2/subgt;非层状二维材料，且所述的制备方法制备的材料能意外地表现出线性磁阻行为，具有更优的磁学性能。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及二氧化钼非层状二维材料制备及其磁学性能的表征。

技术背景

二维(2D)材料在电子学、光电子学、自旋电子学、谷电子学、传感器、催化等领域具有广泛的应用前景^1-8，尤其是二维材料中的铁磁性有望促进新型自旋电子器件、信息存储器件和存储器件的发展^9-11。一些具有本征铁磁性的二维材料已得到验证，包括Fe₃GeTe₂^12-14、Cr₂Ge₂Te₆¹⁵、CrI₃¹⁶、CrTe¹⁰和CrSe₂¹¹。由于本征铁磁性材料的数量有限，因此磁掺杂和缺陷工程的方法可以在非铁磁材料中引入磁性^17-20，此外，本征缺陷也可以在未掺杂的非铁磁性材料中引入磁性^21-22，表面态和表面共振态在磁性过程中也起着至关重要的作用^23-24。因此，探索由原始材料中不存在的缺陷引入的铁磁性是很有趣的。提高磁存储或传感器设备的灵敏度一直鼓励发现和探索具有大磁阻(MR)的材料^25-28。通常，大线性磁阻(LMR)描述了电阻与应用磁场之间的线性关系，在宽泛的磁场强度范围内具有非饱和特性²⁹。在零带隙半导体和半金属拓扑相中观察到了大的LMR^30-31。通常，由于自旋无序散射，铁磁材料的磁阻通常很小且为负³²。磁性拓扑半金属的费米面的拓扑性可以通过施加外部电磁场来控制，在拓扑自旋电子学研究中具有潜在应用²⁹，大磁阻是操纵许多自旋电子器件的重要先决条件，包括通过电信号对自旋状态进行所需的控制³³。

二维磁性材料主要通过机械剥离、化学气相输运以及分子束外延(MBE)的方法获得。机械剥离获得的样品厚度随机、可控性差，同时对于非层状晶体，由于层间共价键的存在，无法通过机械剥离获得少层样品；MBE则需要严格的晶格匹配，因而只能生长在特定基底上，与传统的硅工业并不兼容。化学气相沉积(CVD)作为一种操作简便且工业上兼容的方法，已广泛应用于二维材料的生长及其异质结构的构建。但由于二维磁性材料的生长机理以其磁特性表征的研究仍不够全面，因此生长高质量且厚度可控的二维磁性材料并探索厚度相关的磁性仍然是一项巨大挑战。

单斜晶系的MoO₂(空间群P2₁/c)是一种非层状材料³⁴。块体MoO₂已广泛应用于锂离子电池的电极材料，作为表面增强拉曼光谱的基底和析氢的催化剂^35-37。理论研究预测自旋轨道耦合(SOC)被忽略时，它是一种节线半金属³⁸。然而，关于二维MoO₂纳米片的厚度可控合成和厚度依赖磁输运特性的研究还未报道。