2004年にグラフェンが発見されて以来、二次元材料の研究は科学者の視野に入り始めた。これまで、科学研究者は絶縁体、半導体、金属など少なくとも数十種類の性質が全く異なる2次元材料を発見した。復旦大学物理学部の張遠波教授チームはこのほど、二次元磁性材料の分野で大きな突破を遂げた--新しい磁性二次元材料Fe 3 GeTe 2を発見し、二次元遍歴磁性の研究に全く新しい理想的なシステムを提供した。また、リチウムイオンインターカレーション制御により、研究チームはFe 3 GeTe 2薄層中で室温以上の強磁性転移温度を獲得し、将来的にこの材料に基づいて超高密度、ゲート電圧調整可能で室温で利用可能な磁気エレクトロニクスデバイスを開発するために新たな可能性を提供した。

10月22日（ロンドン時間）、この研究は『2次元鉄ゲルマニウムテルル中のゲート電圧で制御された室温強磁性』

（“Gate-tunable Room-temperature Ferromagnetism in Two-dimensional Fe3GeTe2”）タイトルはdingji学術誌「ネイチャー」（Nature）に発表された。復旦大学物理学部の張遠波教授は論文通信の著者で、物理学部の2016年博士課程の鄧雨君、博士後于逸駿は論文の共同著者である。

単原子層の黒鉛材料であるグラフェンの分離に成功したことに伴い、2次元材料の概念が正式に提案された。炭素原子の層だけからなるシート、これがグラフェンです。2次元材料であるグラフェンは、それに対応する母体材料がグラファイトであり、すなわち2次元材料が層間ファンデルワールス相互作用によって堆積された層状材料である。1970年代から、層状材料は電荷密度波、超伝導、リチウム電池などの分野の研究で注目されてきた。層状材料の中の小さな単位、1つの単層を作成して研究を行うことは、本を開いてその中の1ページをよく研究することのようなものです。二次元材料の深い研究については、これらの層状母体材料の謎を解くのに役立つだけでなく、三次元システムに存在しない物理を発見するのに役立つ可能性もあります。さらに重要な点は、2次元材料のすべての原子が表面に露出しており、隠された「体」の部分がなく、3次元材料よりも制御されやすいことです。

近年、磁性二次元材料は新たな研究の焦点となっている。zuixinの関連研究では、研究者は絶縁性の層状磁性材料Cr 2 Ge 2 Te 6とCrI 3を研究対象とし、光学的手段を用いて材料中の2次元磁性を検出した。しかし、これらの材料はすべて絶縁性であり、強磁性転移温度は室温よりはるかに低く、エレクトロニクスデバイスの製造と応用に大きな障害がある。

先人の研究に基づいて、張遠波チームは金属性の層状材料を研究対象として採用し、2年間の模索、1年間の継続的な実験を経て、ついに1種の新型の2次元磁性材料Fe 3 GeTe 2を得た。張遠波チームの実験により、単層のFe 3 GeTe 2は低温でも強磁性長過程と面外磁気異方性を持つことが分かった。さらに重要なことに、張遠波チームは彼ら自身が発展した技術を利用して、リチウムイオンを用いてFe 3 GeTe 2薄層を挿入し、サンプルの強磁性転移温度を室温以上に高め、将来のこの材料の電子デバイスの製造に可能性を提供した。

新しい考え方：新しいサンプルの解理方法　　

二次元材料の分野では、伝統的なテープ解離方法は、一般的な解離層状材料を用いて単層を製造する方法である。十数年来学界のために用いられてきたテープ解理法は、非常に有効であるが、非常に単純で原始的であり、避けられない欠陥がある。この方法で解理できる材料は少なく、解理能力は限られている。科学研究チームにとって、研究されている二次元磁性材料の単層を得るには、さらに他の多くの未知の二次元材料にまで広げ、伝統的な方法を突破して新しい経路を探索することが必要だ。

困難な模索と試行錯誤を経て、張遠波チームはついにアルミナとFe 3 GeTe 2の間の強い接着性と大きな接触面積を利用して単層試料を製造する新しい試料解離方法を開発した。この方法は製造効率が高く、解理能力が高く、有効解理がFe 3 GeTe 2解理と類似した他の層状材料に新しい方法と研究構想を提供する。新しい解理方法の発見こそ、科学研究チームはこの磁性二次元材料の電気輸送特性をさらに研究することができる。

画像説明：a：単層Fe 3 GeTe 2の原子構造。b：アルミナを利用した新しい機械解理法の概略図。c：Fe 3 GeTe 2厚さと温度に関する相図。d：Fe 3 GeTe 2薄層の室温磁気特性。

張遠波氏によると、今回の研究で発見された新しい磁性二次元材料Fe 3 GeTe 2は、科学者たちが将来的にこの材料に基づいて超高密度、ゲート電圧調整可能で室温で利用可能な磁気エレクトロニクスデバイスを開発するための可能性を提供し、新たに発見された二次元材料の解離方法は未来の二次元材料の研究に新たな構想を広げるだろう。

「基礎研究は応用を導きとするのではなく、さまざまな可能性を探る。新しい材料、新しい物性は、すべて私たちの研究の出発点です」と張遠波氏は言う。研究チームにとって、未来には彼らが発見し、探索するのを待つ可能性がもっと多い。