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                                蘇州納米所康黎星等在碳納米管限域合成一維磁性原子鏈研究方面取得新進展

                                  低維磁性材料由于其特殊的磁學性質,在基礎理論發展和自旋電子器件應用均有重要研究價值,因而引起了研究人員的廣泛興趣。二維磁性材料研究在過去的十多年里取得了長足進展,如鉻基鹵化物范德瓦爾斯磁體 CrX3X=I、Br、Cl)具有高度可調的磁性能,表現出明顯的層數依賴。然而,這些奇妙的特性能否從二維延續到一維是一個極具吸引力和挑戰性的問題。合成高質量一維磁性原子鏈是研究其物理特性的重要前提。然而,將二維宏觀尺寸縮小到一維原子鏈,必然會導致卷曲和不穩定,這使得合成和表征非常具有挑戰性。 

                                  針對上述問題,中院蘇州納米所康黎星研究員等人采用碘輔助真空化學氣相傳輸(I-VCVT)方法,以碳納米管為模板,在其空腔內部高效率地制備了高質量一維CrCl3原子鏈,并在光譜研究中發現了一維原子鏈結構與碳納米管之間的電荷轉移。對該體系動態磁性的全面研究發現,一維CrCl3原子鏈在3 K左右存在自旋玻璃態凍結。該工作為控制合成一維磁性原子鏈提供了一個有效的策略,其豐富的磁學性質提供了物質基礎充分研究其內在物理機制,也為未來開發基于一維磁性的自旋電子器件提供了基礎。 

                                  1. 一維 CrCl3 原子鏈的合成方法示意圖和結構圖 

                                  使用化學氣相傳輸中常用的碘作為氣相傳輸劑,增強了前驅體從碳納米管表面向內部的擴散行為,從而獲得了結晶質量優異的高連續性一維CrCl3原子鏈。 

                                  2. 1D CrCl3 原子鏈在 SWCNT 中的封裝 

                                  大范圍的STEM以及EDX元素圖譜的掃描表明一維 CrCl3 原子鏈被高效及均勻地封裝在 SWCNT 的空腔內,原子分辨的低壓TEM以及模擬圖揭示了被封裝的一維CrCl3原子鏈的結構。 

                                  3. CrCl3@SWCNTs 的拉曼和 XPS 表征 

                                  Raman表征發現了碳納米管與封裝物之間的主客體電荷轉移,以及由此產生的G模式藍移和RBM模式的抑制,XPSC 1s峰向低能量移動佐證了主客體電荷轉移。 

                                  4CrCl3@SWCNT 的直流和交流磁行為 

                                  對該體系動態磁性的全面研究發現,一維 CrCl3原子鏈在3 K左右存在自旋玻璃態凍結,且在高場時存在磁場誘導有序相。     

                                  相關工作以Efficient Synthesis of Highly Crystalline One-Dimensional CrCl3 Atomic Chains with a Spin Glass State為題發表于ACS Nano,院蘇州納米所博士生李云飛和博士后李阿蕾、李晶為論文共同第一作者。上??萍即髮W曹克誠研究員院蘇州納米所康黎星研究員、李清文研究員為共同通訊作者。該研究獲得了國家自然科學基金、江蘇省青年基金和中國科學技術大學“雛鷹基金”等項目的支持。     

                                  論文鏈接 


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