中國人民大學程鵬課題組與合作者發現一種新型磁性二維材料FePd2Te2
自2004年石墨烯帶來二維材料研究熱潮至今，人們研究的二維材料大多是化學數據庫里已知晶體結構的固體材料，很少有全新晶體結構的二維材料被發現。近日，中國人民大學的程鵬團隊發現一種具有全新晶體結構的新型磁性二維材料FePd2Te2，并與程志海教授課題組、中科院強磁場科學中心鄭國林研究員團隊和衢州學院楊建輝教授合作對其結構與物性進行深入研究，發現FePd2Te2是一個非常少見的具有面內單軸各向異性的二維鐵磁金屬，并在一種特殊孿晶結構作用下形成了有趣的面內自旋紋理結構。
可以被解理到少層并能保持長程磁有序的二維材料無論對于基礎物理研究還是自旋電子學器件應用都具有重要價值，在近年來成為科學界關注的熱點。目前被廣泛研究的磁性二維材料都或多或少具有一些諸如空氣敏感、大單晶制備困難、居里溫度低、磁各向異性弱等缺點，因此積極探索具有優異物性的新型磁性二維材料具有重要意義。
中國人民大學團隊近日發現一種可制備厘米量級單晶的全新三元化合物FePd2Te2。通過結構解析和密度泛函理論計算發現這是一個具有Fe原子組成的準一維Z型Fe鏈結構的二維材料（圖1），機械剝離實驗可以得到厚度低于5納米的少層薄片。磁化率、輸運、比熱和中子散射實驗結果表明，FePd2Te2是一個居里溫度為183K的鐵磁金屬，具有沿著解理面內方向的強單軸磁各向異性和大矯頑場的硬磁性，并且還表現出巡游磁性和強關聯電子行為（圖2）。有趣的是，掃描隧道顯微鏡實驗在FePd2Te2中觀測到一種奇特的面內準一維Fe鏈轉角90度的孿晶結構。并且在孿晶結構和單軸磁各向異性共同作用下，FePd2Te2在解理面內形成一種非常少見的自旋紋理結構（圖1）。綜合上述研究結果，FePd2Te2首先是一種空氣穩定、可制備大尺寸單晶的新型磁性二維材料，為二維磁性領域的研究提供了一個嶄新的材料平臺。并且它奇特的一維與二維交織的晶體結構、面內單軸各向異性以及孿晶控制的自旋紋理結構，預示著未來在其中探索新奇量子現象和實現自旋電子學器件應用的重要價值。
圖1：FePd2Te2的晶體結構、Fe鏈及孿晶結構的STM圖像。圖片來源J. Am. Chem. Soc.
圖2：FePd2Te2塊體的磁性質和薄樣品的反?；魻栃?。圖片來源J. Am. Chem. Soc.
這一成果近期發表在Journal of the American Chemical Society上，中國人民大學程鵬副教授、程志海教授和強磁場中心鄭國林研究員為論文的共同通訊作者。人民大學博士生史秉賢為論文第一作者，人民大學博士生耿燕燕、強磁場中心博士生王恒寧和衢州學院楊建輝教授為論文共同第一作者。
論文信息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c04910
FePd2Te2: An Anisotropic Two-Dimensional Ferromagnet with One-Dimensional Fe Chains
J. Am. Chem. Soc., 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c04910
程鵬博士簡介
程鵬，中國人民大學物理學系副教授。2011年于中科院物理所取得博士學位，2013年在德國慕尼黑工業大學FRM2反應堆做訪問科學家，2011年8月起就職于中國人民大學。
2019年建設完成國內首臺冷中子三軸極化譜儀“行知”并負責譜儀的運行。主要研究方向為利用中子散射實驗手段研究非常規超導、二維磁性、量子磁性材料中的奇異物性。在包括Nature子刊、Phys. Rev. Lett., J. Am. Chem. Soc., Appl. Phys. Lett., Phys. Rev. B等期刊發表SCI論文60余篇，文章總被引次數超過2800次。
