近日,復(fu)旦大(da)學物理學系修發賢課題(ti)組在基于(yu)(yu)二維鐵(tie)磁(ci)材(cai)料的(de)低通濾波器(qi)研究中(zhong)取得了重要(yao)進展。3月20日,相關研究成果以《基于(yu)(yu)范德瓦爾(er)斯鐵(tie)磁(ci)的(de)低通濾波器(qi)》(Low-pass filters based on van der Waals ferromagnets)為(wei)題(ti)在線(xian)發表(biao)于(yu)(yu)期刊《自(zi)然· 電子》(Nature Electronics, DOI:10.1038/s41928-023-00941-z)。
近年來(lai),二(er)維材(cai)料(liao)憑借其(qi)獨特(te)的(de)(de)低(di)維機(ji)(ji)(ji)械柔性(xing)和(he)可調的(de)(de)電學特(te)性(xing)成為研(yan)究(jiu)納米(mi)機(ji)(ji)(ji)電系統的(de)(de)重要載(zai)體(ti)。其(qi)中,范德瓦爾斯層狀鐵(tie)磁材(cai)料(liao)作為一種極具潛(qian)力的(de)(de)新型低(di)維材(cai)料(liao),在縮減器(qi)件(jian)(jian)尺寸(cun)、提高(gao)器(qi)件(jian)(jian)功率等方面有著(zhu)顯著(zhu)的(de)(de)優勢。然而,雖然二(er)維鐵(tie)磁材(cai)料(liao)已經發展數年,基于(yu)二(er)維鐵(tie)磁的(de)(de)納米(mi)機(ji)(ji)(ji)電器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)研(yan)究(jiu)存在諸多(duo)挑戰。一方面是(shi)由于(yu)普通二(er)維鐵(tie)磁材(cai)料(liao)無法實現大規模制備(bei),另一方面,其(qi)居里溫度遠(yuan)低(di)于(yu)室(shi)溫,與大多(duo)數納米(mi)機(ji)(ji)(ji)電器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)制備(bei)和(he)工(gong)作條(tiao)件(jian)(jian)不相匹配。
為(wei)了構建基于二維(wei)鐵(tie)磁(ci)材(cai)(cai)料的(de)納(na)米機電器件,課題組(zu)首(shou)先利用(yong)分子束外延的(de)生(sheng)長(chang)方(fang)式(shi),成功制備了晶圓級的(de)二維(wei)鐵(tie)磁(ci)材(cai)(cai)料鐵(tie)鍺(zang)碲(di)(Fe5GeTe2)。鐵(tie)鍺(zang)碲(di)本身具(ju)有(you)接近室溫(wen)的(de)居(ju)里(li)溫(wen)度(280 K),是研(yan)究二維(wei)鐵(tie)磁(ci)材(cai)(cai)料器件的(de)良好載(zai)體。另(ling)外,在制備過(guo)程中,課題組(zu)還利用(yong)元素(su)(su)摻(chan)雜調(diao)控磁(ci)性的(de)方(fang)法,外延生(sheng)長(chang)出了一系列鐵(tie)元素(su)(su)組(zu)分可調(diao)的(de)Fe5+xGeTe2樣品,并成功將樣品的(de)居(ju)里(li)溫(wen)度提升到了380 K。樣品中穩定的(de)室溫(wen)鐵(tie)磁(ci)態也通過(guo)電輸運(yun)測量(liang)、磁(ci)化測量(liang)、X射線(xian)磁(ci)圓二向色性測量(liang)等不(bu)同手段得(de)到了全面的(de)表征。

圖1.鐵鍺碲的(de)(a)X射線磁圓二(er)向(xiang)色性測量(liang)(liang) (b)磁化(hua)測量(liang)(liang) (c)電輸運測量(liang)(liang)
在成(cheng)功制備晶圓級室(shi)溫二維鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)薄膜的(de)(de)(de)基(ji)礎上(shang),課(ke)題組構建了(le)以少層鐵(tie)(tie)鍺(zang)碲為磁(ci)(ci)芯(xin)的(de)(de)(de)平(ping)(ping)面電(dian)(dian)感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)。平(ping)(ping)面電(dian)(dian)感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)是一(yi)種使(shi)用(yong)超大(da)規模集成(cheng)納米制造技術的(de)(de)(de)納米機電(dian)(dian)器(qi)(qi)(qi)件。基(ji)于(yu)(yu)二維鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)材料(liao)的(de)(de)(de)新型平(ping)(ping)面電(dian)(dian)感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)相(xiang)較(jiao)于(yu)(yu)傳(chuan)統的(de)(de)(de)平(ping)(ping)面電(dian)(dian)感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)極大(da)地減(jian)小了(le)器(qi)(qi)(qi)件厚(hou)度與(yu)體(ti)積,與(yu)此同(tong)時,仍具有(you)相(xiang)對較(jiao)好(hao)(hao)的(de)(de)(de)器(qi)(qi)(qi)件性能。實(shi)驗中(zhong)發現,鐵(tie)(tie)鍺(zang)碲作(zuo)為磁(ci)(ci)芯(xin)在器(qi)(qi)(qi)件中(zhong)起(qi)到了(le)關鍵作(zuo)用(yong):擁(yong)有(you)鐵(tie)(tie)鍺(zang)碲磁(ci)(ci)芯(xin)的(de)(de)(de)器(qi)(qi)(qi)件相(xiang)比于(yu)(yu)無磁(ci)(ci)芯(xin)的(de)(de)(de)器(qi)(qi)(qi)件電(dian)(dian)感(gan)(gan)(gan)(gan)性能提(ti)升了(le)74%。基(ji)于(yu)(yu)高(gao)性能的(de)(de)(de)二維鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)平(ping)(ping)面電(dian)(dian)感(gan)(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi),課(ke)題組進一(yi)步(bu)構建了(le)一(yi)系列巴特(te)沃斯(si)低(di)(di)通(tong)(tong)(tong)(tong)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)器(qi)(qi)(qi)。這種低(di)(di)通(tong)(tong)(tong)(tong)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)器(qi)(qi)(qi)對高(gao)于(yu)(yu)截止(zhi)(zhi)頻(pin)率的(de)(de)(de)信號有(you)衰減(jian)效應,僅低(di)(di)頻(pin)率信號可以通(tong)(tong)(tong)(tong)過濾(lv)(lv)(lv)波(bo)裝置。通(tong)(tong)(tong)(tong)過切換不同(tong)線圈(quan)匝數,課(ke)題組首次(ci)實(shi)現了(le)截止(zhi)(zhi)頻(pin)率可調的(de)(de)(de)、動態(tai)范圍(wei)高(gao)達40dB的(de)(de)(de)低(di)(di)通(tong)(tong)(tong)(tong)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)器(qi)(qi)(qi)。如圖2(d),利用(yong)二維鐵(tie)(tie)磁(ci)(ci)低(di)(di)通(tong)(tong)(tong)(tong)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)器(qi)(qi)(qi),可以對于(yu)(yu)高(gao)達100Hz與(yu)200Hz頻(pin)率的(de)(de)(de)雜波(bo)信號產生很(hen)好(hao)(hao)的(de)(de)(de)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)效果。

圖2.(a)平面(mian)電感(gan)器示意圖 (b)有/無鐵鍺碲(di)磁(ci)芯的(de)平面(mian)電感(gan)器性能對比 (c)二維鐵磁(ci)低(di)通濾波器增益的(de)頻譜響應(ying)圖譜 (d)不(bu)同頻率信號的(de)濾波情(qing)況(kuang)
該項工(gong)作(zuo)填補了室溫(wen)二維鐵磁納(na)米(mi)機(ji)電(dian)器(qi)件(jian)研究的(de)(de)空(kong)白(bai),邁出了室溫(wen)二維鐵磁材料由外(wai)延制備向實際應用的(de)(de)重要一步。另外(wai),這種納(na)米(mi)厚(hou)度的(de)(de)納(na)米(mi)機(ji)電(dian)器(qi)件(jian),也為構(gou)筑新(xin)型電(dian)子器(qi)件(jian)提供了更(geng)多的(de)(de)設計(ji)思路與(yu)架構(gou)空(kong)間。
該研究工作(zuo)(zuo)的(de)合(he)作(zuo)(zuo)團隊包括倫(lun)敦大(da)(da)(da)學(xue)皇家霍洛威(wei)學(xue)院劉文卿教(jiao)(jiao)授(shou)(shou)(shou)、昆士(shi)蘭大(da)(da)(da)學(xue)鄒進教(jiao)(jiao)授(shou)(shou)(shou)、華盛頓大(da)(da)(da)學(xue)許(xu)曉棟教(jiao)(jiao)授(shou)(shou)(shou)、北京工業大(da)(da)(da)學(xue)陳(chen)艷輝副(fu)研究員和印度科學(xue)學(xue)院Awadhesh Narayan助理(li)教(jiao)(jiao)授(shou)(shou)(shou)。該工作(zuo)(zuo)獲得(de)了復旦(dan)大(da)(da)(da)學(xue)物理(li)學(xue)系,應用表面物理(li)國(guo)家重(zhong)點(dian)(dian)實驗室、基金委重(zhong)點(dian)(dian)項目(mu)和國(guo)家重(zhong)點(dian)(dian)研發(fa)計劃的(de)大(da)(da)(da)力支持與資助。論文的(de)第一(yi)單位為(wei)復旦(dan)大(da)(da)(da)學(xue)物理(li)學(xue)系,通訊作(zuo)(zuo)者(zhe)(zhe)為(wei)修發(fa)賢教(jiao)(jiao)授(shou)(shou)(shou),課題組博士(shi)生李子晗為(wei)第一(yi)作(zuo)(zuo)者(zhe)(zhe),博士(shi)后(hou)劉姍(shan)姍(shan)為(wei)共同一(yi)作(zuo)(zuo)。
修發賢課題組主要(yao)從事拓(tuo)撲材(cai)料和低維(wei)原(yuan)子(zi)(zi)晶(jing)體的生長、量(liang)(liang)子(zi)(zi)調控以及新(xin)型(xing)低維(wei)原(yuan)子(zi)(zi)晶(jing)體材(cai)料的器件(jian)研究。在狄拉克材(cai)料方面致力于(yu)新(xin)型(xing)量(liang)(liang)子(zi)(zi)材(cai)料的生長、物性(xing)(xing)測量(liang)(liang)以及量(liang)(liang)子(zi)(zi)器件(jian)的制備與表(biao)征。在新(xin)型(xing)低維(wei)原(yuan)子(zi)(zi)晶(jing)體材(cai)料的器件(jian)方面主要(yao)研究其(qi)電學、磁學和光(guang)電特性(xing)(xing)。
① 凡本站注(zhu)(zhu)明“稿件(jian)來(lai)源(yuan):中國(guo)(guo)教(jiao)育(yu)在(zai)線”的所有(you)(you)文字、圖(tu)片和音(yin)視頻(pin)稿件(jian),版權均屬本網(wang)所有(you)(you),任(ren)何媒體(ti)、網(wang)站或個(ge)人(ren)未(wei)經本網(wang)協議授(shou)權不得轉載、鏈接(jie)、轉貼或以其他方式復制發表。已(yi)經本站協議授(shou)權的媒體(ti)、網(wang)站,在(zai)下載使用時必須(xu)注(zhu)(zhu)明“稿件(jian)來(lai)源(yuan):中國(guo)(guo)教(jiao)育(yu)在(zai)線”,違者本站將依法追究責任(ren)。
② 本(ben)站注明稿(gao)件來源為其(qi)(qi)他(ta)媒(mei)體的(de)文/圖(tu)等稿(gao)件均為轉載稿(gao),本(ben)站轉載出于非商業性的(de)教育和科研(yan)之目的(de),并不意(yi)味著贊(zan)同其(qi)(qi)觀點或證實(shi)其(qi)(qi)內容(rong)的(de)真實(shi)性。如(ru)轉載稿(gao)涉及版權等問題,請作(zuo)者在兩(liang)周內速來電或來函聯系(xi)。




中國教育在線
