超薄纳米晶体的磁化为研究新物理和开发下一代柔性电子器件提供了新途径。然而，很少有关于开发居里温度高于环境温度的二维磁性半导体的研究。

最近发表在《自然通讯》杂志上的一项研究侧重于通过简单的化学气相沉积 (CVD) 技术制造厚度低至一个晶胞的空气稳定的半导体钴铁氧体纳米片。

用于磁性应用的二维 (2D) 材料

由于其独特的特性、卓越的效率和极薄的厚度，二维 (2D) 材料几乎涵盖了晶体材料中的所有电相和功能，引起了许多研究人员的好奇。与大量固有的自旋波动相关的二维磁序可以在几种二维材料的原子级薄层中找到。

这些材料为电磁传感和数据存储等新的可能性铺平了道路。二维铁磁材料必须具有在环境温度或高于环境温度下稳定的固有磁态，才能创建实际的半导体系统。由氧化铁和多层碲化铬组成的磁传感器是该领域当前进步的标志。

然而，具有自旋过滤和磁计算技术潜力的室温二维磁性半导体并没有成为很多研究的重点。

用于新型二维磁性半导体的钴铁氧体纳米片

与许多普通的二维物质不同，复杂的过渡金属氧化物的特性，如高温电导和显着的铁磁性，是由广泛的相关电子态决定的。

然而，磁性值几乎为零的反铁磁结构尽管高于环境温度，但严重限制了它们的实际应用。

另一方面，尖晶石（磁铁矿）族是另一类重要的复合氧化物，通常表现出非常高的铁磁有序温度、相当大的净磁性和稳定的化学特性。钴铁氧体纳米片在尖晶石铁氧体中是不同的，因为它们具有大的磁色散和保持平衡状态。

然而，所需的非范德华超薄复杂铁氧体纳米片的生产仍处于早期阶段，因为它们具有化学连接特性，可防止逐层磨损和二维各向异性发展。因此，该领域的持续发展需要一种简单且可扩展的方法来生产低成本、室温的磁性半导体。

当前研究的亮点

在这项工作中，研究人员证明，范德华连接可用于制造高性能钴铁氧体纳米片，其精细程度堪比单个晶胞，用于新型二维磁性半导体。

使用范德华平台和受限制的环境允许覆盖层和平台之间的紧密联系，以调节整个 CVD 方法中的晶体形成。这种方法也可用于制造其他尖晶石型铁氧体纳米片。

电学实验表明，钴铁氧体纳米片具有典型的半导体特性和强大的可切换活性，使其适用于生产室温磁性半导体。

振动样品磁力计 (VSM)、磁光克尔效应 (MOKE) 和磁力显微镜 (MFM) 用于说明钴铁氧体纳米片中的硬磁活动和原位磁区发展。

研究的重要发现

研究人员使用稳定的受限范德华沉积技术创建了具有一个晶胞深度的独特钴铁氧体纳米片，并实现了磁性半导体的室温铁磁性特征的独特混合。

VSM、MFM 和 MOKE 分析表明，所得钴铁氧体纳米片具有超过 390 K 的居里温度和显着的尺寸影响，使其非常适合用于室温磁性半导体。

这种超薄铁氧体纳米片固有的室温磁特性的展示为开发新的量子现象和器件配置打开了大门。此外，它为追求现有二维材料中缺少的其他磁性微晶提供了新的动力。

未来展望

与任何新颖的分层结构一样，本工作中描述的新型磁性半导体的实验室到晶圆厂的转移需要晶圆级生产和可重复的设备制造。这项工作展示了范德华沉积技术在超薄铁氧体纳米片中的能力，并表明通过改变生长条件，可以提高铁氧体纳米片在磁性半导体上的覆盖率。

基于这些结果，预计独特的室温二维磁性半导体的开发将显着增强当前二维材料的选择，并显着拓宽其应用潜力。