通过Ni掺杂调控大尺度二维铁磁体Fe$_3$GeTe$_2$的结构与磁性
材料科学
2026-04-27 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
具有强垂直磁各向异性的二维铁磁体在单层厚度下仍表现出磁有序，这有利于节能自旋电子器件。在这项工作中，采用分子束外延（MBE）技术在FeGeTe（FGT）外延薄膜中实现了可控的Ni掺杂。MBE不仅能够实现二维薄膜的大尺度生长，还能精确控制厚度和掺杂。X射线衍射和扫描透射电子显微镜（STEM）揭示了通过范德华（vdW）外延在石墨烯上生长的纯FGT和Ni掺杂FGT高质量外延薄膜的形成。积分差分相位衬度STEM图像进一步提供了关于Ni取代和嵌入vdW间隙的深入信息。掺杂薄膜中Ni的掺入导致面内和面外晶格参数收缩。利用超导量子干涉仪、霍尔效应和X射线磁圆二色性测量来探测薄膜的铁磁性质。由于Ni掺杂FGT薄膜中Ni的取代和嵌入vdW间隙，我们观察到PMA受到抑制，居里温度急剧降低至50 K。我们基于密度泛函理论的结构和磁性性质计算进一步支持并深入揭示了由于Ni掺杂导致的磁交换相互作用参数和原子投影磁晶各向异性能量的变化，从而理解实验观测结果。
引用
@article{arxiv.2604.12571,
title = {Tuning Structure and Magnetism in Large-Scale 2D Ferromagnet Fe$_3$GeTe$_2$ through Ni Doping},
author = {Kacho Imtiyaz Ali Khan and Tauqir Shinwari and Soheil Ershadrad and Majid Ahmadi and Weiben Li and Hua Lv and Frans Munnik and Adriana I. Figueroa and Manuel Valvidares and Sandra Ruiz-Gómez and Lucia Aballe and Jens Herfort and Michael Hanke and Bart Kooi and Biplab Sanyal and João Marcelo J. Lopes},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.12571},
year = {2026}
}