二維磁性材料可用于高密度信息存儲領域。傳統存儲器采用非磁性半導體材料,通過控制電子電荷來傳遞與存儲數據。隨著科技進步,自旋電子學被發現,利用電子的自旋屬性控制電荷,實現信息傳遞、存儲與處理,其處理速度、存儲密度、功耗等性能得到提升。
根據新思界產業研究中心發布的
《2025-2030年中國二維磁性材料行業市場深度調研及發展前景預測報告》顯示,電子信息產業迅速發展,使得數據產生量迅猛增加,需要進行傳輸、存儲、處理的數據快速增多。為進一步提高存儲密度,并縮小存儲器尺寸,自旋電子學開始與納米技術相結合,二維磁性材料因此受到關注。二維磁性材料厚度在原子級別,是磁性半導體材料,具有器件體積縮小、數據處理速度快、信息存儲密度高、低功耗等優點,在推動新一代信息技術發展方面起到重要作用。
二維磁性材料的制備方法主要包括機械剝離法、液相剝離法、化學氣相沉積法(CVD)等。機械剝離法是施加外力克服材料內部相鄰層間結合力來實現材料剝離;液相剝離法是增加材料內部相鄰層的層間距后,再施加外力破壞層間結合力進行材料剝離;化學氣相沉積法(CVD)是氣態或液態磁性材料在襯底之上沉積生成薄膜。
在全球范圍內,二維磁性材料研究于2016年開始起步,之后研究成果不斷增多。目前已經發現的二維磁性材料主要有過渡金屬碲化物(例如鉻鍺碲Cr2Ge2Te6)、過渡金屬鹵化物(例如三碘化鉻CrI3)、過渡金屬硫族化物(例如鐵鍺碲Fe3GeTe2)、過渡金屬磷硫化物(例如鐵磷硫FePS3)等類型,均具有長程磁序特征。
新思界
行業分析人士表示,我國二維磁性材料研究成果不斷增多。2018年,復旦大學與中國科學技術大學合作,成功制備并解理了單層和少層二維本征鐵磁體Fe3GeTe2;2022年,武漢大學團隊制備了高質量二維鐵氧體單晶,具有出色的環境穩定性以及厚度依賴的半導體特性和磁特性;2024年,山西師范大學科學家可控合成了亞毫米級超薄高質量二維鐵磁Cr5Te8材料。
在海外,瑞典查爾姆斯理工大學研究人員開發出能夠在室溫下工作的基于二維磁性材料的裝置,采用的是鐵基合金(Fe5GeTe2)和石墨烯;美國麻省理工學院研究團隊開發出范德華原子層異質結構器件,采用二碲化鎢和鐵鎵碲兩種二維磁性材料。在信息產業快速發展背景下,二維磁性材料的開發與應用已經受到各國科研人員的重視,行業發展潛力大。