[发明专利]增强二维电子化合物材料磁性响应和居里温度的方法

说明书

本发明涉及一种增强二维电子化合物材料磁性响应和居里温度的方法，将二维电子化合物材料Casubgt;2/subgt;N进行S原子表面吸附，发生结构相变，使Casubgt;2/subgt;N材料从六角晶体结构转变为正方晶体结构。Ca‑N‑Ca角度趋近于90度(89.98度)，增强了材料的超交换相互作用。计算获得的磁各向异性能和居里温度均大于典型的二维磁性材料CrIsubgt;3/subgt;和Crsubgt;2/subgt;Gesubgt;2/subgt;Tesubgt;6/subgt;，说明了磁性响应和居里温度的增强。本发明的方法对于二维磁性材料在自旋电子器件和存储器件等应用中具有重要的研究意义。

技术领域

本发明涉及二维铁磁性技术领域，尤其涉及一种增强二维电子化合物材料磁性响应和居里温度的方法。

背景技术

自从石墨烯发现以来，具有独特电子、光学特性的新型二维材料被广泛开发和研究。其中，二维铁磁体是发展下一代自旋存储器件的关键。然而，根据Mermin-Wagner定理，热波动在有限温度下可以破坏低维材料的铁磁序，导致二维材料很难存在铁磁性。最近，相继报道了在单层CrI₃和双层Fe₃GeTe₂材料中存在二维磁性，从而促进了二维自旋电子和存储器件的研究进展，并进一步刺激了实验与理论对二维磁性材料的研究。单层CrI₃材料展现了一种Ising型铁磁序，其居里温度为45K。Cr₂Ge₂Te₆原子层是具有长程磁序的二维铁磁体，其居里温度可以通过外加电场进行调节(28K-65K)。然而这些二维铁磁体由于其弱的自选耦合造成居里转变温度偏低，阻碍了其实际的应用。

目前，各种方法已经被用于引起或提高材料的磁性响应，例如，磁性原子吸附、缺陷设计、紧邻效应等。在石墨烯表面吸附磁性原子、H原子或引入空位缺陷都可以引起局域的磁矩。然而，产生长程的自旋磁序仍然是一种挑战。根据Hund定律，高自旋状态主要是由部分填充3d或4f亚壳层的磁性元素贡献的。因此，研究二维铁磁体的直接方法是筛选潜在的包括d/f电子的过渡金属二维化合物。除此之外，在许多不含过渡金属、稀土或锕系元素的材料中也观察到磁性行为，即d0磁性，其基本设计原理是使p轨道部分占据与d/f轨道相似的定域特性。然而，这种p态磁场不是固有的，也很难在实验中精确控制。由于长期p态耦合导致的本征铁磁序的缺失，目前仍旧需要开发新的方法以提高材料的磁响应性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种增强二维电子化合物材料磁性响应和居里温度的方法，通过S原子表面功能化Ca₂N材料，通过结构相变增强原子间的超交换相互作用，引起非金属原子N的磁性响应，提高居里转变温度。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种增强二维电子化合物材料磁性响应和居里温度的方法，包括以下步骤：

将二维电子化合物材料Ca₂N材料进行S原子表面功能化，发生结构相变，使Ca₂N材料从六角晶体结构转变为正方晶体结构，且Ca-N-Ca角度为89.98度。

进一步地，进行S原子表面功能化的方法包括以下步骤：

利用S原子对二维Ca₂N材料进行单侧表面或两侧表面的100％吸附，使Ca₂N材料硫化。

进一步地，S原子表面功能化之前，Ca₂N材料层间及表面具有松散束缚的剩余电子，具有超低的功函数，Ca₂N材料的功函数为3.5eV。