介绍gydF4y2Ba

二维(2 d) nonlayered材料已经在聚光灯下的科学和工程研究由于其丰富的物种以及新颖的性质,如表面活性增强gydF4y2Ba1克ydF4y2Ba,异常thickness-dependent磁性gydF4y2Ba2gydF4y2Ba、优秀photodetectivitygydF4y2Ba3 gydF4y2Ba等等,这是一个至关重要的扩展和补充二维层状材料。更重要的是,2 d nonlayered材料可以克服最近的二维层状磁铁所面临的困境gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,即,poor stability, low transition temperatures, and less variety. However, the controllable synthesis of 2D nonlayered materials remains an enormous challenge. Firstly, nonlayered materials are constructed with strong chemical bonds in all directions, inherently impeding 2D anisotropic growth. Secondly, they always have various phase structures and multiple components. For example, nonlayered iron oxides are polymorphic (Fe3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2BaγgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba,gydF4y2BaεgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba)具有不同的特性gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba7gydF4y2Ba,gydF4y2Ba8gydF4y2Ba,gydF4y2Ba9gydF4y2Ba。在这方面,选择性合成一个单相晶体是非常具有挑战性的,更不用说多单元的2 d增长nonlayered材料。第三,还有缺乏总体经济的方法生产高质量的2 d单晶所需的厚度和形态。gydF4y2Ba

除了实验挑战,二维各向异性生长机理的理解nonlayered材料仍处于起步阶段,渴望深入探索。不幸的是,主要的理论努力致力于调查范德瓦耳斯仅仅就是secu * tanu减去vdW()层状材料gydF4y2Ba10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba11gydF4y2Ba。一个通用的模型来解释增长的分层和nonlayered材料是失踪,和定量模型是非常罕见的。此外,形成超薄的关键驱动力二维结构的纵向和横向之间的竞争增长依然模糊。经济增长理论的发展不仅可以解释实验现象也反过来促进增长的进展。因此,一个通用的模型来彻底理解2 d nonlayered材料合成以及相关因素是迫切的。gydF4y2Ba

在此,我们提出一个通用thermodynamics-triggered竞争力增长(TTCG)模型提供一个深入了解和强大的2 d nonlayered指导合成材料(包括氧化物、硫族元素和oxyhalides)。这个模型的指导下,我们设计一个通用hydrate-assisted化学汽相淀积(HACVD)方法合成2 d nonlayered图书馆过渡金属氧化物(TMO) nanoflakes(包括9二元、4元、甚至6合金氧化物)。此外,phase-controllable增长四个不同铁氧化物也可以实现。拉曼光谱和原子水平扫描透射电子microscopy-annular暗场(STEM-ADF)成像确认成分、相结构和生长方向是成年人nanoflakes。重要的是,各种氧化物表现出有吸引力的室温磁,磁域的调查磁力显微镜(MFM)测量。此外,传输特征揭示了Mn的室温磁半导体特性gydF4y2BaxgydF4y2Ba菲gydF4y2BaygydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3-x-ygydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba合金,使他们开创性的自旋电子元件的候选人。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

通用模型2 d nonlayered材料增长gydF4y2Ba

首先,我们提出一个共同的公式来描述材料的能量系统。如无花果所示。gydF4y2Ba1,gydF4y2Ba我们假设所有的材料都可以被视为gydF4y2BangydF4y2Ba叠加的子单元(一个板的最小重复单元gydF4y2BazgydF4y2Ba设在)相互连接。的总自由能系统(gydF4y2BaEgydF4y2Ba免费的gydF4y2Ba),gydF4y2BangydF4y2Ba叠加的子单元由以下部分组成:(1)每一个堆叠单元的能量存在,(2)interunit互动,(3)边缘形成的能量。因此,gydF4y2BaEgydF4y2Ba免费的gydF4y2Ba可以表示为gydF4y2Ba

$ $ {E} _{{自由}}= \ mathop{总和\}\ limits_ {i = 1} ^ {n} {{E} _{我}}_{年代}- \ mathop{总和\}\ limits_ {i = 1} ^ {n} {\ varepsilon} _{我+ 1}{一}_{年代}+ \ mathop{总和\}\ limits_ {i = 1} ^ {n}{\λ}_{我}{一}_ {L} $ $gydF4y2Ba
(1)gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaEgydF4y2Ba我gydF4y2Ba,gydF4y2BaεgydF4y2Ba我,我gydF4y2Ba+ 1gydF4y2Ba,gydF4y2BaλgydF4y2Ba我gydF4y2Ba指单位面积上的自由能的孤立的单元gydF4y2Ba我gydF4y2Ba,亚基之间的相互作用能gydF4y2Ba我gydF4y2Ba和gydF4y2Ba我gydF4y2Ba+ 1,亚基的边缘能量gydF4y2Ba我gydF4y2Ba,分别。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba和gydF4y2Ba一个gydF4y2BalgydF4y2Ba表示表面和侧面积。gydF4y2Ba

图1:thermodynamics-triggered竞争力增长(TTCG)模型。gydF4y2Ba
图1gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba示意图说明gydF4y2Ba\ ({\ varepsilon} _{我+ 1}\)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba我\({\λ}_ {}\)gydF4y2Ba在情商。gydF4y2Ba1克ydF4y2Ba)和nonlayered和分层材料的表征。gydF4y2Ba\ ({\ varepsilon} _{我+ 1}\)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba我\({\λ}_ {}\)gydF4y2Ba指亚基之间的单位面积上的相互作用能gydF4y2Ba我gydF4y2Ba和gydF4y2Ba我gydF4y2Ba+ 1,亚基的优势单位面积上的能量gydF4y2Ba我gydF4y2Ba,分别。gydF4y2BabgydF4y2Ba草图的垂直和横向增长当一个新的集群(黄色)生长的gydF4y2BangydF4y2Ba叠加的子单元(淡紫色)。自由能变化的垂直增长主要来自亚基之间的相互作用在上面的接口,而边缘能量损失是横向发展的主导。∆gydF4y2BaEgydF4y2Ba版本gydF4y2Ba和∆gydF4y2BaEgydF4y2Ba纬度gydF4y2Ba代表了自由能变化的垂直和横向发展。gydF4y2Ba\ ({\ varepsilon} _ {n, n + 1} \)gydF4y2Ba表示亚基之间的相互作用能gydF4y2BangydF4y2Ba和gydF4y2BangydF4y2Ba+ 1。gydF4y2Ba\({\λ}_ {n} \)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba\({\λ}_ {B} \)gydF4y2Ba代表的平均能量边缘初始结构和新的集群,分别。gydF4y2Ba\({}_{{年代}_ {B}} \)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba\ ({}_ {{l} _ {B}} \)gydF4y2Ba基底和横向联系的地区。gydF4y2BacgydF4y2Ba之间的竞争gydF4y2Ba\ \ varepsilon \ ()gydF4y2Ba项和gydF4y2Ba\λ(\ \)gydF4y2Ba术语。小gydF4y2Ba\ \ varepsilon \ ()gydF4y2Ba学期将促进横向增长和小gydF4y2Ba\λ(\ \)gydF4y2Ba术语导致垂直增长。gydF4y2Bac \ ({\ varepsilon} _ {} \)gydF4y2Ba的情况下修正项相互作用能和吗gydF4y2Bac \({\λ}_ {}\)gydF4y2Ba的情况下修正项边缘能量。gydF4y2BadgydF4y2Ba一个示意图2 d有限元的发展过程gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Bananoflakes沿[111]方向指导下TTCG模型。内在的结合能的区别是不够的负面。H的便利gydF4y2Ba2gydF4y2BaO钝化(大gydF4y2Bac \ ({\ varepsilon} _ {} \)gydF4y2Ba)和云母衬底(小gydF4y2Bac \({\λ}_ {}\)gydF4y2Ba)导致较小的∆gydF4y2BaEgydF4y2Ba,因此促进超薄铁的合成gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Bananoflakes。gydF4y2BaegydF4y2Ba每一个有限元模型的计算值gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba有不同的取向。gydF4y2BafgydF4y2Ba总∆gydF4y2BaEgydF4y2Ba有或没有对菲情况修正的条款gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba有不同的取向。gydF4y2BaggydF4y2Ba优化结构的铁gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba沿[111]方向没有和HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO吸附。gydF4y2BahgydF4y2Ba总∆gydF4y2BaEgydF4y2Ba的gydF4y2BaγgydF4y2Ba- - - - - -,gydF4y2BaεgydF4y2Ba- - - - - -,gydF4y2BaαgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba在不同的方向有或没有修正条款。红色三角形显示最低的能量。gydF4y2Ba我gydF4y2Ba氧化锌的增长模式计算值,金属氧化物半导体gydF4y2Ba2gydF4y2Ba、SmOCl EuOCl、铁gydF4y2Ba7gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba8gydF4y2Ba、和铬gydF4y2Ba5gydF4y2BaTegydF4y2Ba8gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

在层状材料,亚基之间通常是由一个板相邻的差距,就是secu * tanu减去vdW和弱相互作用叠加的子单元之间起着主导作用。至于nonlayered材料(补充无花果。gydF4y2Ba1克ydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba3 gydF4y2Ba),亚基的选择比较复杂,需要单独讨论。更重要的是,不可忽视强共价结合起到了很重要的作用,所以gydF4y2BaεgydF4y2Ba我,我gydF4y2Ba+ 1gydF4y2Ba相对较大的影响gydF4y2BangydF4y2Ba。一个详细的比较补充表所示gydF4y2Ba1克ydF4y2Ba。gydF4y2Ba

化学气相沉积(CVD)方法被认为是一个温和的路线来获得各种高质量的二维材料gydF4y2Ba12gydF4y2Ba,gydF4y2Ba13gydF4y2Ba。在心血管疾病发展过程中,我们假设一个新的增长集群(基底和横向的接触面积gydF4y2Ba\({}_{{年代}_ {B}} \)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba\ ({}_ {{l} _ {B}} \)gydF4y2Ba,这应该是平等)结合初始结构(gydF4y2BangydF4y2Ba叠加的子单元)在两个方面,即。纵向或横向(无花果。gydF4y2Ba1 bgydF4y2Ba)。基于上述分析(在补充报告中更多的细节gydF4y2Ba1克ydF4y2Ba),垂直增长(∆的自由能变化gydF4y2BaEgydF4y2Ba版本gydF4y2Ba)主要来自亚基在上层界面的约束力,而边缘能量损失是横向增长(∆占主导地位gydF4y2BaEgydF4y2Ba纬度gydF4y2Ba):gydF4y2Ba

$ ${\三角形E} _{{版本}}= - {\ varepsilon} _ {n, n + 1}{一}_{{年代}_ {B}} $ $gydF4y2Ba
(2)gydF4y2Ba
$ ${\三角形E} _ {{lat}} = -{\λ}_ {n}{一}_ {{l} _ {B}} -{\λ}_ {B}{一}_ {{l} _ {B}} $ $gydF4y2Ba
(3)gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaλgydF4y2BangydF4y2Ba和gydF4y2BaλgydF4y2BaBgydF4y2Ba代表的平均能量边缘初始结构和新的集群,分别。的值gydF4y2Ba\({\三角形E} _{{版本}}\)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba\({\三角形E} _ {{lat}} \)gydF4y2Ba直接反映了增长趋势沿垂直或横向方向,所以他们的区别(∆gydF4y2BaEgydF4y2Ba)可以作为经济增长的标准评估模式:gydF4y2Ba

$ $ {E = \ \三角形三角形E} _ {{lat}} -{\三角形E} _{{版本}}= {\ varepsilon} _ {n, n + 1}{一}_{{年代}_ {B}} - \离开({\λ}_ {n} +{\λ}_ {B} \右){一}_ {{l} _ {B}} $ $gydF4y2Ba
(4)gydF4y2Ba

事实上,微观原子周围环境也可以影响这些能量在一个现实的经济增长过程中,除了材料本身。因此,我们引入情况修正条款(gydF4y2Bac \ ({\ varepsilon} _ {} \)gydF4y2Ba和gydF4y2Bac \({\λ}_ {}\)gydF4y2Ba)来优化我们的模型,和情商。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)可以修改如下:gydF4y2Ba

$ $ \三角形E = ({\ varepsilon} _ {n, n + 1} - {\ varepsilon} _ {c})现代{{年代}_ {B}} - \离开({\λ}_ {n} +{\λ}_ {B} -{\λ}_ {c} \右){一}_ {{l} _ {B}} $ $gydF4y2Ba
(5)gydF4y2Ba

因此,横向或垂直增长之间竞争的结果gydF4y2Ba\ \ varepsilon \ ()gydF4y2Ba术语(gydF4y2Ba\ ({\ varepsilon} _ {n, n + 1} - {\ varepsilon} _ {c} \)gydF4y2Ba),gydF4y2Ba\λ(\ \)gydF4y2Ba术语(gydF4y2Ba\({\λ}_ {n} +{\λ}_ {B} -{\λ}_ {c} \)gydF4y2Ba),这是基于热力学触发(无花果。gydF4y2Ba1 cgydF4y2Ba)。2 d增长时青睐(横向增长配置)gydF4y2Ba\ E三角形(\ \)gydF4y2Ba是负的。关于材料的固有特性,更大的区别gydF4y2Ba\ ({\ varepsilon} _ {n, n + 1} \)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba\({\λ}_ {n} \)gydF4y2Ba(gydF4y2Ba\ ({\ varepsilon} _ {n, n + 1} \)gydF4y2Ba是小,gydF4y2Ba\({\λ}_ {n} \)gydF4y2Ba大)将促进2 d增长。例如,gydF4y2Ba\ ({\ varepsilon} _ {n, n + 1} \)gydF4y2Ba就是secu * tanu减去vdW相当小的材料,与单层增长趋势一致gydF4y2Ba14gydF4y2Ba,gydF4y2Ba15gydF4y2Ba。此外,界面吸附或钝化可以增加gydF4y2Bac \ ({\ varepsilon} _ {} \)gydF4y2Ba(通过与表面相互作用的原子)减少gydF4y2Ba\ E三角形(\ \)gydF4y2Ba和促进2 d的增长gydF4y2Ba16gydF4y2Ba,gydF4y2Ba17gydF4y2Ba定量,没有表现出在以前的文献。此外,基板通过影响也是非常重要的gydF4y2BaλgydF4y2BacgydF4y2Ba,随着扩散屏障拒绝边缘增长gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,可以相当于一个额外的边缘能量校正(补充表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

总之,所提出的模型提供了一个具体的标准来预测和指导2 d增长,包括内在的材料特性和外部增长的影响条件。此外,它提供了一个定量的方法来预测增长模式(垂直或横向)或2 d增长困难的基础上,签署和∆的绝对值gydF4y2BaEgydF4y2Ba。更重要的是,生长因子的关键是明确通过分析多变量的影响,为有效监管提供强有力的指导实验。该模型既适用于分层特别是nonlayered材料,延长对2 d材料增长理论研究。gydF4y2Ba

合成的2 d nonlayered材料遵循TTCG模型gydF4y2Ba

TMO nonlayered家族是一个至关重要的类具有独特的电磁特性,如拓扑自旋状态gydF4y2Ba19gydF4y2Ba,gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba,由订单gydF4y2Ba21gydF4y2Ba,gydF4y2Ba22gydF4y2Ba,Verwey过渡gydF4y2Ba23gydF4y2Ba转,举行了伟大的前景过滤器gydF4y2Ba24gydF4y2Ba,gydF4y2Ba25gydF4y2Ba,磁记录gydF4y2Ba26gydF4y2Ba,磁电耦合gydF4y2Ba27gydF4y2Ba,gydF4y2Ba28gydF4y2Ba,等等。超薄TMO的形成可能克服2 d磁铁的局限性,但其可控增长仍然是一个大困难。因此,我们关注TMO TTCG模型为主要例子来说明。gydF4y2Ba

立方铁gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba作为一个代表性的例子,因为各种氧化物也有类似的结构(补充表吗gydF4y2Ba3 gydF4y2Ba)。内在能量的区别gydF4y2Ba\ ({\ varepsilon} _ {n, n + 1} \)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba\({\λ}_ {n} \)gydF4y2Ba+gydF4y2Ba\({\λ}_ {B} \)gydF4y2Ba沿着不同的方向不够负(无花果。gydF4y2Ba1 d-fgydF4y2Ba和补充表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba),所以固有的2 d增长热动力挑战。根据情商。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba),增加gydF4y2Ba\ ({\ varepsilon} _ {{{{{{rm \ {c}}}}}}} \)gydF4y2Ba减少gydF4y2Ba\ \ varepsilon \ ()gydF4y2Ba词是一种有效的方法促进横向增长。考虑到表面金属原子(补充图。gydF4y2Ba1 egydF4y2Ba),吸附极性水分子存在显著影响gydF4y2Bac \ ({\ varepsilon} _ {} \)gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba1 egydF4y2Ba和补充表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。例如,gydF4y2Bac \ ({\ varepsilon} _ {} \)gydF4y2Ba水是0.37 eV /一样大gydF4y2Ba2gydF4y2Ba对菲gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba沿[111]方向(图。gydF4y2Ba1克gydF4y2Ba)。此外,加强gydF4y2BaλgydF4y2Ba项是另一种减少∆gydF4y2BaEgydF4y2Ba小,所以云母扩散势垒区(即能量。,小gydF4y2Bac \({\λ}_ {}\)gydF4y2Ba)被认为是一个更好的生长基质(补充表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。因此,[111]方向预测是首选∆最低的发展取向gydF4y2BaEgydF4y2Ba−0.49 eV /gydF4y2Ba2gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba1 fgydF4y2Ba),这是更多的在这个时候喜欢2 d负增长(无花果。gydF4y2Ba1 dgydF4y2Ba)。除铁gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba,其它Fe-based氧化物也将有机会形成2 d nanoflakes在水的作用下和云母(无花果。gydF4y2Ba1 hgydF4y2Ba),这是彻底的下一节中讨论。gydF4y2Ba

基于这些理论分析,HACVD增长战略旨在产生TMO nanoflakes云母衬底。采用水合物提供一定量的水蒸气在预设的时间促进2 d的增长。过渡金属氯化物与较低的熔点和氧气被作为前体。几个超薄2 d氧化物可以通过该方法合成,包括铁氧化物,VgydF4y2Ba6gydF4y2BaOgydF4y2Ba13gydF4y2Ba、铬gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba、锰gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba、有限公司gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba,NiO nanoflakes显示在无花果。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。然而,氧化锌纳米棒代替nanoflakes得到。计算ΔgydF4y2BaEgydF4y2Ba基于模型的氧化锌是正与0.48 eV /gydF4y2Ba2gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba1我gydF4y2Ba),所以它是2 d增长不利,这是在良好的协议与实验。此外,由于氯化物作为前体的熔点接近在不同金属、HACVD方法还可以扩展到多元氧化物。细节将在下面讨论。四种类型的三元铁氧体MFegydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba(M =锰、钴、镍、锌)和六种合金氧化物(第四和第五位的氧化物)。这些2 d氧化物的厚度可以归结为几个纳米(补充图。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba),由于使用HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO和云母模型的指导下。gydF4y2Ba

图2:合成nonlayered材料遵循TTCG模型。gydF4y2Ba
图2gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba摘要nonlayered材料适用于TTCG模型。紫色或粉红色表示过渡中强调的元素或稀有金属的氧化物,oxyhalides或硫属化合物与nonlayered结构证明有可能形成二维结构。用黄色突出显示的元素代表了阴离子nonlayered材料可用。黑色的元素表示他们可以合成氧化物hydrate-assisted化学气相沉积(HACVD)方法。米,a和b是相应的化学计量数。gydF4y2BabgydF4y2Ba是成年人的光学图像材料。规模的酒吧、5μm。二元、三元合金氧化物中淡紫色,紫色和黄色的颜色,分别。稀土oxyhalides概述在粉红色和过渡金属硫族元素用蓝色标记。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

除了氧化物外,我们还将这个模型应用到其他分层和nonlayered材料(无花果。gydF4y2Ba1我gydF4y2Ba和补充表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。众所周知,金属氧化物半导体层gydF4y2Ba2gydF4y2Ba倾向于发展成二维单层gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba,gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba,符合∆计算gydF4y2BaEgydF4y2Ba(低至−0.73 eV /gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。此外,一些稀土金属oxyhalides nonlayered (EuOCl SmOCl)和过渡金属硫族元素(CrgydF4y2Ba5gydF4y2BaTegydF4y2Ba8gydF4y2Ba、铁gydF4y2Ba7gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba8gydF4y2Ba,在gydF4y2Ba2gydF4y2BaSegydF4y2Ba3 gydF4y2Ba)也拥有内在负面∆预测gydF4y2BaEgydF4y2Ba2 d nanoflakes形式有潜力,这是实验验证了CVD方法(无花果。gydF4y2Ba2 bgydF4y2Ba)。这些二进制的合成,甚至多nonlayered氧化物,硫族元素,oxyhalides普遍性提供可靠的证据,我们的增长模式的可行性。gydF4y2Ba

演示TTCG模型在不同结构的氧化物gydF4y2Ba

值得注意的是,铁氧化物具有多样化的结构或阶段在不同的空间组(无花果。gydF4y2Ba3gydF4y2Ba和补充表gydF4y2Ba3 gydF4y2Ba)。基于TTCG模型(无花果。gydF4y2Ba1 hgydF4y2Ba和补充表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba),立方gydF4y2BaγgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba、正交gydF4y2BaεgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba,三方晶系的gydF4y2BaαgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba也拥有相对消极的∆gydF4y2BaEgydF4y2Ba(−0.50 eV /gydF4y2Ba2gydF4y2Ba−0.30 eV /gydF4y2Ba2gydF4y2Ba−0.34 eV /gydF4y2Ba2gydF4y2Ba介绍水的修正项(后),gydF4y2Bac \ ({\ varepsilon} _ {} \)gydF4y2Ba),这表明他们都有可能形成二维结构预测沿[111]方向,[001],[001]方向,分别。gydF4y2Ba

图3:四个铁氧化物的结构特征与不同的结构。gydF4y2Ba
图3gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba结构的四个铁氧化物。增加了O /菲比、铁gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2BaγgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba,gydF4y2BaεgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba,gydF4y2BaαgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba分别在不同的结构可以获得。双球体代表阿gydF4y2Ba2gydF4y2Ba分子;八面体代表FeClgydF4y2Ba2gydF4y2Ba分子;橙色和紫色球体表示O和铁原子,分别。虚线矩形表示单位细胞。gydF4y2BabgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaegydF4y2Ba菲拉曼振动模式索引gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba(gydF4y2BabgydF4y2Ba),gydF4y2BaγgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba(gydF4y2BacgydF4y2Ba),gydF4y2BaεgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba(gydF4y2BadgydF4y2Ba),gydF4y2BaαgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba(gydF4y2BaegydF4y2Ba),分别。拉曼光谱的四个铁氧化物是完全不同的,主要山峰的数字表示。gydF4y2BafgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba我gydF4y2Ba顶视图扫描透射电子microscopy-annular暗场(STEM-ADF)铁的图像gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba(gydF4y2BafgydF4y2Ba),gydF4y2BaγgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba(gydF4y2BaggydF4y2Ba),gydF4y2BaεgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba(gydF4y2BahgydF4y2Ba),gydF4y2BaαgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba(gydF4y2Ba我gydF4y2Ba与预计的原子模型),分别插入。周期性的黄色三角形指示命令菲八面体空缺。橙色、紫色和蓝色球体代表啊,八面体的铁、分别和四面体Fe原子。gydF4y2BajgydF4y2Ba,gydF4y2BakgydF4y2Ba相应的快速傅里叶变换(FFT)的有限元模式gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba(gydF4y2BajgydF4y2Ba),gydF4y2BaγgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba(gydF4y2BakgydF4y2Ba沿[111]方向)。gydF4y2BalgydF4y2Ba扩大干的形象gydF4y2BaγgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba及其对应的模拟图像。gydF4y2Ba米gydF4y2Ba相应的从铁强度线配置文件gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba和gydF4y2BaγgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba。箭头指示菲空缺。规模的酒吧:gydF4y2BafgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba我gydF4y2Ba0.5纳米;gydF4y2BajgydF4y2Ba,gydF4y2BakgydF4y2Ba1/5 nm;gydF4y2BalgydF4y2Ba0.2纳米。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

的确,四种超薄铁氧化物nanoflakes与不同的拓扑结构可以由HACVD合成方法。厚度还可以调节通过改变水合物(补充图的质量。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba),说明的重要性gydF4y2Bac \ ({\ varepsilon} _ {} \)gydF4y2Ba被水促进2 d的增长。这些结果验证TTCG模型的预测结果的可靠性。此外,phase-controllable增长也可以意识到,这是发现强烈依赖于O /菲比HACVD过程(补充图。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba和补充表gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)。在无花果。gydF4y2Ba3中gydF4y2Ba和补充表gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,四种铁氧化物表现出完全不同的拉曼振动模式,使他们很容易区分gydF4y2Ba9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba,gydF4y2Ba32gydF4y2Ba,gydF4y2Ba33gydF4y2Ba,gydF4y2Ba34gydF4y2Ba,gydF4y2Ba35gydF4y2Ba,gydF4y2Ba36gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

进一步研究原子结构和铁氧化物的生长取向,原子水平STEM-ADF成像来显示不同阶段的结构。铁原子可以直接区别O原子通过鲜明的对比。STEM-ADF铁的图片gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba和gydF4y2BaγgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba3 f, ggydF4y2Ba)显示一个周期明亮和黑点安排,即。,e一个chbright atomic column is surrounded by dark hexagon-arranged atomic columns, which is the hallmark of approximately isostructural cubic Fe3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba和gydF4y2BaγgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba。根据他们的结构,鲜明的对比主要与铁原子的数量,而不是原子序数。具体来说,光点原子列包含两个四面体和八面体网站,而暗点只包含八面体网站,与预期一致原子结构沿[111]方向。有趣的是,快速傅里叶变换(FFT)的形象gydF4y2BaγgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba3 kgydF4y2Ba)展示一系列周期性superspots(标记的黄色圆圈),在菲缺席gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba3 jgydF4y2Ba)。superspots起源于下令铁八面体空缺,标记在无花果。gydF4y2Ba3 ggydF4y2Ba和无花果。gydF4y2Ba3米gydF4y2Ba(图,符合模拟图像。gydF4y2Ba3 lgydF4y2Ba)。尽管命令职位空缺的存在gydF4y2BaγgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba晶体被从以前的作品gydF4y2Ba37gydF4y2Ba,gydF4y2Ba38gydF4y2Ba,这里给出的干细胞图像提供了真实空间八面体空缺的证据gydF4y2BaγgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba。斜方晶系的的结构gydF4y2BaεgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba和三方晶系的gydF4y2BaαgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba也验证了实验的一致性图像和原子模型沿[001]带轴,分别(无花果。gydF4y2Ba3 h,我gydF4y2Ba)。值得注意的是,观察到晶体取向的茎都与模型的预测一致。gydF4y2Ba

2 d的成功增长nonlayered铁氧化物与四个不同的结构表明TTCG模型不是晶体结构的限制,从另一个角度说明我们的模型的普遍性。值得注意的是,尽管菲gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2BaγgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba,gydF4y2BaεgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba已经通过CVD方法之前做好准备了吗gydF4y2Ba34gydF4y2Ba,gydF4y2Ba35gydF4y2Ba,gydF4y2Ba36gydF4y2Ba,这里显示phase-controllable增长的关键因素。我们样品的尺寸和品质也超过了前面的报告(补充表中相比gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

示范TTCG模型的多元素氧化物gydF4y2Ba

TTCG模型也适用于多元氧化物。多元氧化物结晶成类似spinel-type结构,金属离子占据了四面体和八面体中心网站氧原子包围(无花果。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。以钴铁gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba例如,水的吸附显著影响gydF4y2Bac \ ({\ varepsilon} _ {} \)gydF4y2Ba(0.29 eV /gydF4y2Ba2gydF4y2Ba如补充表所示gydF4y2Ba4gydF4y2Ba),它将拥有巨大的潜力来形成2 d nanoflakes∆为负gydF4y2BaEgydF4y2Ba−0.53 eV /gydF4y2Ba2gydF4y2Ba沿[111]方向(图。gydF4y2Ba4 bgydF4y2Ba)。钴铁的x射线衍射(XRD)模式gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba(补充图。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)可以被索引的立方结构和晶格参数= b = c = 8.39,和nanoflakes与[111]方向,符合TTCG的预测模型。gydF4y2Ba

图4:TTCG模型多元氧化物。gydF4y2Ba
图4gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba钴铁的结构模型gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba和锰gydF4y2BaxgydF4y2Ba菲gydF4y2BaygydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3-x-ygydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba。金属离子占据了四面体和八面体中心网站氧原子包围。虚线矩形表示单位细胞。gydF4y2BabgydF4y2Ba总∆gydF4y2BaEgydF4y2Ba有或没有对钴铁情况修正的条款gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba基于TTCG模型有不同的取向。红色三角形显示最低的能量。gydF4y2BacgydF4y2Ba,gydF4y2BadgydF4y2Ba顶视图STEM-ADF钴铁的图像gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba(gydF4y2BacgydF4y2Ba)和锰gydF4y2BaxgydF4y2Ba菲gydF4y2BaygydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3-x-ygydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba(gydF4y2BadgydF4y2Ba)nanoflakes,插入相应的原子模型的预计沿[111]方向。橙色、紫色和蓝色球体代表O原子,八面体网站,分别和四面体网站。插图显示了相应的FFT模式,表明[111]取向。gydF4y2BaegydF4y2Ba能量色散x射线能谱(EDS)超薄Mn元素映射图像gydF4y2BaxgydF4y2Ba菲gydF4y2BaygydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3-x-ygydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba合金。规模的酒吧:gydF4y2BacgydF4y2Ba,gydF4y2BadgydF4y2Ba0.5纳米;gydF4y2BaegydF4y2Ba1纳米。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba4汉英gydF4y2Ba显示了STEM-ADF和能量色散x射线能谱(EDS)超薄钴铁元素映射图像gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba和锰gydF4y2BaxgydF4y2Ba菲gydF4y2BaygydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3-x-ygydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba合金,分别。阀杆图片和FFT模式表现出完美的六角形晶格排列边缘和高质量的单个水晶阶段[111]取向(无花果。gydF4y2Ba4 c, dgydF4y2Ba),相同的预测方向的模型(图gydF4y2Ba4 bgydF4y2Ba)。由于复杂的原子分布spinel-type结构和相似的原子序数的Co /铁/锰、不同元素的实际位置是很难被歧视。此外,纳米EDS元素映射证实锰、铁、Co和O是均匀分布在整个晶体(图。gydF4y2Ba4 egydF4y2Ba和补充图。gydF4y2Ba7 cgydF4y2Ba)。横截面杆(补充图。gydF4y2Ba8gydF4y2Ba结果表明,钴铁的表面gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba可能是由羟基钝化,进一步展示了重要的角色gydF4y2Bac \ ({\ varepsilon} _ {} \)gydF4y2Ba(水)为促进2 d增长和符合该模型。gydF4y2Ba

多元化的氧化物的成功增长说明TTCG模型不是由化学成分和有限的可应用于指导多nonlayered材料增长。其他氧化物和oxyhalides或硫族元素的详细特征提供了补充无花果。gydF4y2Ba9gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba22gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

磁性的氧化物gydF4y2Ba

成功合成各种TMO nanoflakes TTCG模型的指导下也使我们去探索其独特的属性。2 d TMO nanoflakes拥有富有磁性,从反铁磁性物质到软磁铁和硬磁铁,具有补充无花果。gydF4y2Ba23gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba25gydF4y2Ba在补充和总结表gydF4y2Ba8gydF4y2Ba。重要的是,他们中的大多数表现出迷人的室温磁排序具有高稳定性。原则上,氧化物比硫族元素更稳定的对空气和水的腐蚀和氯化物。在补充图。gydF4y2Ba26gydF4y2Ba,铁氧化物的表面形貌显示没有明显的氧化空气后三个月了。为了进一步证明2 d的室温磁性氧化物nanoflakes,我们测量通过MFM磁畴结构。显示在无花果。gydF4y2Ba5模拟gydF4y2Ba和补充无花果。gydF4y2Ba-gydF4y2Ba,四个铁氧化物表现出不同的域模式,确认由我们HACVD phase-controllable增长的实现方法从另一个角度来看:铁gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba具有出平面三角形的磁域gydF4y2BaγgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba显示出平面dendritic-like磁域。不同,flux-closure磁域成像gydF4y2BaεgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba。MFM阶段对比gydF4y2BaεgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba和基质是弱磁信号在整个线路纵断面展品双峰值(补充图。gydF4y2Ba28gydF4y2Ba),表示的平面磁gydF4y2BaεgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba。然而,很难辨别的磁信号gydF4y2BaαgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba,归因于其反铁磁性的行为gydF4y2Ba19gydF4y2Ba。此外,在超薄铁氧体的磁畴观测信号(无花果。gydF4y2Ba5种情况gydF4y2Ba)还提供了存在的证据在三元氧化物nanoflakes室温磁性。不同的组合有不同的磁信号强度和域。gydF4y2Ba

图5:室温磁性和电子氧化物的性质。gydF4y2Ba
图5gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BahgydF4y2Ba磁力显微镜(MFM)阶段Fe的图像gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba(7.8海里),gydF4y2BaγgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba(7.3海里),gydF4y2BaεgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba(10海里),gydF4y2BaαgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba(27 nm), MnFegydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba(20 nm),钴铁gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba(18海里),镍铁gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba(15海里),ZnFegydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba(分别为29海里)。规模的酒吧:gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BadgydF4y2Ba2μm;gydF4y2BaegydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BahgydF4y2Ba1μm。gydF4y2Ba我gydF4y2Ba比较200 K的矫顽力gydF4y2BaεgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba和钴铁gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba与其他2 d磁铁。gydF4y2BajgydF4y2Ba磁滞的锰gydF4y2BaxgydF4y2Ba菲gydF4y2BaygydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3-x-ygydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba合金与磁场垂直于衬底。gydF4y2BakgydF4y2Ba磁滞的锰gydF4y2BaxgydF4y2Ba菲gydF4y2BaygydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3-x-ygydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba合金与磁场平行于衬底。gydF4y2BalgydF4y2Ba室温MFM阶段Mn的形象gydF4y2BaxgydF4y2Ba菲gydF4y2BaygydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3-x-ygydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba合金(16.2海里)。gydF4y2Ba米gydF4y2Ba与温度有关的Mn的纵向电阻gydF4y2BaxgydF4y2Ba菲gydF4y2BaygydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3-x-ygydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba合金从260 K到360 K。插图:由阿仑尼乌斯方程拟合曲线,表明活化能的147伏。gydF4y2BangydF4y2Ba电流电压特性的垂直设备环境条件下。目前合规0.1 mA。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

值得注意的是,gydF4y2BaεgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba和钴铁gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba都是硬磁铁,这比大多数报道的矫顽力2 d磁铁吗gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba39gydF4y2Ba,gydF4y2Ba40gydF4y2Ba,gydF4y2Ba41gydF4y2Ba,gydF4y2Ba42gydF4y2Ba,gydF4y2Ba43gydF4y2Ba,gydF4y2Ba44gydF4y2Ba,gydF4y2Ba45gydF4y2Ba,gydF4y2Ba46gydF4y2Ba,gydF4y2Ba47gydF4y2Ba,gydF4y2Ba48gydF4y2Ba,gydF4y2Ba49gydF4y2Ba,见图。gydF4y2Ba5我gydF4y2Ba和补充图。gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba。发现高温2 d磁铁是很少见的,更不用说一个拥有大型矫顽力200 K以上,很有应用前景的高密度磁记录和存储。至于gydF4y2BaεgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba矫顽力是~ 2000 Oe平面的方向。此外,平面外钴铁的矫顽力gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba~ 900 Oe决定。thickness-dependent磁性钴铁gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba是调查反映磁圆二色性(RMCD)和MFM测量补充图。gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba。减少厚度,磁性变得弱,矫顽力降低,多域结构变得更加复杂。gydF4y2Ba

此外,合金可以进一步扩展磁性材料家族。图中所示。gydF4y2Ba5 j, kgydF4y2Ba,在Mn观察明显滞后gydF4y2BaxgydF4y2Ba菲gydF4y2BaygydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3-x-ygydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Bananoflakes无论应用垂直或平行磁场,显示室温磁排序和大的矫顽力。与温度有关的磁化曲线说明Mn的亚铁磁性行为gydF4y2BaxgydF4y2Ba菲gydF4y2BaygydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3-x-ygydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba合金(补充图。gydF4y2Ba32gydF4y2Ba)。MFM的多域磁州形象进一步证明个体Mn的室温磁性gydF4y2BaxgydF4y2Ba菲gydF4y2BaygydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3-x-ygydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Bananoflake,得到良好的厚度甚至3.5 nm(无花果。gydF4y2Ba5 lgydF4y2Ba和补充图。gydF4y2Ba33gydF4y2Ba)。探讨电特性、设备Mn捏造gydF4y2BaxgydF4y2Ba菲gydF4y2BaygydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3-x-ygydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Bananoflakes转移到SiOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba/ Si衬底(补充图。gydF4y2Ba34gydF4y2Ba)。反常霍尔效应和磁致电阻曲线的蝴蝶形状的磁滞行为(补充图。gydF4y2Ba35gydF4y2Ba)也表明磁场下订单Mn的外观gydF4y2BaxgydF4y2Ba菲gydF4y2BaygydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3-x-ygydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba。图gydF4y2Ba5米gydF4y2Ba显示了与温度有关的电阻(gydF4y2Ba\ (R \)gydF4y2Ba)增加逐渐降低温度,声明典型的半导体特性。通过拟合阿仑尼乌斯方程(gydF4y2Ba\ ({{{{{rm \ {ln}}}}}} {R} = {{{{\ mathrm {ln}}}}} {R} _ {0} + {E} _{一}/ {k} _ {B} T \)gydF4y2Ba,在那里gydF4y2Ba\ ({k} _ {B} \)gydF4y2Ba玻耳兹曼常量,gydF4y2BaTgydF4y2Ba是温度,gydF4y2BaR \ ({} _ {0} \)gydF4y2Ba拟合参数),活化能(gydF4y2Ba\ ({E} _ {} \)gydF4y2Ba)估计为147伏。电阻开关行为也观察到在垂直Mn的设备gydF4y2BaxgydF4y2Ba菲gydF4y2BaygydF4y2Ba有限公司gydF4y2Ba3-x-ygydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba合金(图。gydF4y2Ba5 ngydF4y2Ba和补充图。gydF4y2Ba36gydF4y2Ba)。来回扫描电压时,电流不重叠,说明半导体行为。gydF4y2Ba

讨论gydF4y2Ba

总而言之,我们提出了一个TTCG模型获得新的见解2 d的合成材料。它提供了一个多元的量化标准,不仅可以预测增长模式也为实验提供有力的指导。例如,特定的晶体取向,采用水蒸气,衬底的选择被认为是促进二维各向异性生长氧化物。此外,这个模型并不限于晶体结构或元素成分,这是广义分层和特别是nonlayered材料(包括氧化物、硫族元素和oxyhalides),促进理论研究和化学合成的二维材料。gydF4y2Ba

在模型的指导下,我们设计一个通用HACVD策略合成一系列2 d nonlayered TMO nanoflakes,包括9二进制,4三元、6合金氧化物。此外,phase-controllable Fe-based氧化物(铁的增长gydF4y2Ba3 gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba和gydF4y2BaγgydF4y2Ba- - - - - -,gydF4y2BaεgydF4y2Ba- - - - - -,gydF4y2BaαgydF4y2Ba菲gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba)也可以实现。吸引室温磁排序,重要的是,高稳定、丰富的磁畴结构,较大的矫顽力,和semiconductivity as-synthesized氧化物nanoflakes可以进一步扩大家庭的2 d磁铁,并为开拓提供另类平台应用于室温magnetoelectronic或自旋电子元件。gydF4y2Ba

方法gydF4y2Ba

氧化物的合成gydF4y2Ba

2 d铁氧化物合成云母基板上通过hydrate-assisted CVD方法。反应是在一个小不点石英管进行加热three-zone炉(林德伯格/蓝米)。~ 800毫克卡索gydF4y2Ba4gydF4y2Bah·2gydF4y2Ba2gydF4y2BaO粉(99.5%,阿尔法蛇丘)为上游水源,温度设定在~ 130°C。~ 15毫克氯化亚铁(99.5%,阿尔法蛇丘)被放置在一个下游氧化铝的船。新鲜裂解氟金云母云母(太原Fluorphlogopite云母有限公司,10×10×0.2毫米)作为底物,把1 - 3 cm远离氯化亚铁。增长之前,清除了炉400 sccm高纯Ar气15分钟去除残余的空气。然后,100 sccm Ar入口为载体气体在整个生长过程。OgydF4y2Ba2gydF4y2Ba介绍了CVD系统在不同的时间开始加热合成铁氧化物的不同阶段。氯化亚铁的增长区域被加热到550 - 700°C 20分钟,并保持增长10分钟。至于其他氧化物,相应的金属氯化物,与铁氧化物和生长条件是相似的。详细的合成配方transition-metal-based氧化物提供了补充表gydF4y2Ba9gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

合成oxyhalidegydF4y2Ba

50毫克EuClgydF4y2Ba3 gydF4y2Bah·6gydF4y2Ba2gydF4y2BaO或SmClgydF4y2Ba3 gydF4y2Bah·6gydF4y2Ba2gydF4y2BaO(98%,阿尔法蛇丘)和20毫克氯化钠混合在一起在一个铝船,温度设定在900°C。云母是放置在增长的前兆时间20分钟。20 sccm Ar用作载气EuOCl或SmOCl生长。gydF4y2Ba

合成硫族元素gydF4y2Ba

20毫克CrClgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba阿尔法蛇丘(98%)和50毫克Te(99.9%,阿尔法蛇丘)粉末合成Cr混在一起gydF4y2Ba5gydF4y2BaTegydF4y2Ba8gydF4y2Ba。前体被放置在一个石英船在700°C云母衬底放置面。在加热之前,CVD系统疏散,满是基于“增大化现实”技术的三次将氧气和水分。然后,5 sccm H的混合气体gydF4y2Ba2gydF4y2Ba增长和100年sccm介绍了基于“增大化现实”技术。反应结束后,快速冷却炉是搬走了。此外,FeClgydF4y2Ba2gydF4y2Ba阿尔法蛇丘(99.5%)和S(阿尔法蛇丘,99.5%)粉用作铁和S合成铁源gydF4y2Ba7gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba8gydF4y2Ba。100毫克年代粉放在第一个加热区在130°C,和20毫克FeClgydF4y2Ba2gydF4y2Ba被放置在一个铝船在第三加热区在560°C。云母是下游远离FeCl 1厘米gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。在加热之前,CVD系统疏散,满是基于“增大化现实”技术的三次将氧气和水分。10 sccm HgydF4y2Ba2gydF4y2Ba和100年sccm介绍了基于“增大化现实”技术和加热时间设置~ 10分钟。gydF4y2Ba

特征gydF4y2Ba

光学图像的特征是Nexcope NM910显微镜。原子力显微镜(力量、尺寸图标)来测量厚度,和MFM是由磁场的磁力模式建议。EDS映射(范,Tecnai + 30)是用于分析元素成分。拉曼光谱被Horiba收集,XploRA + ~ 532 nm的激发光。磁性特征的物理性质测量系统(DynaCool,量子设计)配备振动样品磁力测定。gydF4y2Ba

铁氧体的原子结构的特点是一个cold-field发射透射电子显微镜(JEOL ARM200F)操作在200千伏。事件调查的收敛semi-angle是约30 mrad。集合的角度范围从81年到228年mrad ADF图像。gydF4y2Ba

设备制造和电子传输测量gydF4y2Ba

氧化物从云母Si / SiO nanoflakes被转移gydF4y2Ba2gydF4y2Ba基板通过聚(甲基丙烯酸甲酯)资助建设的方法。然后,设备标准定义的电子束光刻范(NanoSEM)。5 nm Ti和60 nm盟被电子束蒸发沉积电极采用的接触。立式设备,20 nm盟用于底电极。二电极试验进行了探针台(湖岸TTP4)配备了真空泵和吉时利4200年半导体分析仪。电传输测量由four-probe电气测量在一个商业物理性质测量系统(DynaCool,量子设计)与磁场垂直于样品和温度从260 K到360 K。gydF4y2Ba

密度泛函理论计算gydF4y2Ba

进行几何优化的基于DFT Perdew-Burke-Ernzerhof广义梯度近似(PBE-GGA)功能gydF4y2Ba50gydF4y2Ba在维也纳,实现从头开始模拟包(VASP)gydF4y2Ba51gydF4y2Ba。电子投影仪所描述的性能增强波(爪子)潜力的动能截止500 eV planewave基础设置,作为收敛测试证实了gydF4y2Ba52gydF4y2Ba。Cr价电子构型(3gydF4y2BapgydF4y2Ba6gydF4y2Ba3 gydF4y2BadgydF4y2Ba5gydF4y2Ba4gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba1克ydF4y2Ba)、铁(3gydF4y2BapgydF4y2Ba6gydF4y2Ba3 gydF4y2BadgydF4y2Ba6gydF4y2Ba4gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)有限公司(3gydF4y2BadgydF4y2Ba7gydF4y2Ba4gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)、锌(3gydF4y2BadgydF4y2Ba10gydF4y2Ba4gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)、欧盟(4gydF4y2BafgydF4y2Ba7gydF4y2Ba5gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba2gydF4y2Ba5gydF4y2BapgydF4y2Ba6gydF4y2Ba6gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba2gydF4y2Ba),Sm (4gydF4y2BafgydF4y2Ba6gydF4y2Ba5gydF4y2BapgydF4y2Ba6gydF4y2Ba6gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba2gydF4y2Ba),O (2gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba2gydF4y2Ba2gydF4y2BapgydF4y2Ba4gydF4y2Ba),(3gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba2gydF4y2Ba3 gydF4y2BapgydF4y2Ba4gydF4y2Ba),Te (5gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba2gydF4y2Ba5gydF4y2BapgydF4y2Ba4gydF4y2Ba)、Cl (3gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba2gydF4y2Ba3 gydF4y2BapgydF4y2Ba5gydF4y2Ba)和H (1gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba1克ydF4y2Ba)了。第一布里渊区是由Γ-point-centered Monkhorst-PackgydF4y2BakgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba网gydF4y2Ba53gydF4y2Ba网格的密度gydF4y2Ba\(2{\π}\ * 0.02 \)gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba每个维度。的强相关性的3 d轨道铁、Co、铬原子被包括现场库仑相互作用gydF4y2Ba\ (U = 4.0, 3.3, 3.5 \)gydF4y2Ba电动汽车gydF4y2Ba54gydF4y2Ba,分别。就是secu * tanu减去vdW非本地范德瓦耳斯()交互修正Grimme的零阻尼DFT-D3方法gydF4y2Ba55gydF4y2Ba。偶极-偶极相互作用的修正gydF4y2BazgydF4y2Ba轴被合并gydF4y2Ba56gydF4y2Ba。1.0×10的宽容gydF4y2Ba−5gydF4y2Ba自洽场eV (SCF)迭代是集,和原子的亚基板被允许充分放松,直到所有组件的力低于0.02 eV /减少,没有任何对称约束。gydF4y2Ba