碘化镍二维材料中的“多铁”状态：铁电与铁磁同时存在

近日，麻省理工学院的物理学家在一种像单层原子一样薄的材料中发现了奇异的“多铁性”状态。他们的观察结果首次证实了多铁性可以存在于完美的二维材料中。这些发现为开发更小、更快、更高效的数据存储设备铺平了道路，因为这些设备一般采用超薄多铁位以及其他新的纳米级结构构建而成。

研究者解释，二维材料就像乐高积木——你把一个放在另一个上面，就可以制作出与任何一块都不同的东西。现在团队有了一个新的乐高积木：单层多铁，可以与其他材料堆叠以产生有趣的特性。

在大多数情况下，材料要么是铁电的，要么是铁磁的，它们很少同时体现两种状态。但近年来，科学家们在实验室中合成了具有多铁特性的材料，既可以用作铁电体，也可以用作铁磁体，并且有一种奇怪的耦合方式。例如，电子的磁自旋不仅可以通过磁场切换，还可以通过电场切换。

所有已知的多铁性例子都是三维的，那这些状态能否以二维形式存在于单个原子片中？为了回答这个问题，该团队研究了碘化镍(NiI 2)，这是一种众所周知的散装多铁性合成材料。

虽然其他二维材料（如石墨烯）可以简单地通过从石墨等大块版本中剥离层来制造，但碘化镍的获取更困难，该团队需要一种新方法来合成二维形式的材料。研究团队借鉴了一种称为外延生长的技术，其中薄的原子片材料在另一种基材上“生长”。团队使用六方氮化硼作为大块基础，并将其放入熔炉中。在这种材料上，他们将其流过镍和碘化物粉末，它们以完美的原子薄碘化镍薄片沉积在氮化硼上。

研究人员逐渐将二维薄片冷却至低至20开尔文的温度，此前观察到该材料以三维形式表现出多铁特性。然后他们进行了单独的光学测试，首先探测材料的磁性，然后是电学特性。在大约20开尔文的温度，结果发现该材料既是铁磁的又是铁电的。

该团队的实验证实，碘化镍在其二维形式中是多铁性的。更重要的是，这项研究首次证明了多铁有序可以存在于二维中——这是构建纳米级多铁存储位的理想维度。

题为Evidence for a single-layer van der Waals multiferroic的相关研究论文发表在《自然》上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04337-x