物理学家终于能用二维磁体做实验了，他们迫不及待了

原文以Physicists have finally created a 2D magnet为标题

发布在2017年6月7日的《自然》新闻上

原文作者：Katherine Bourzac

自从2004年发现石墨烯以来，二维材料的数量呈爆发式增长。其中包括单原子厚度的半导体、绝缘体和超导体，但是二维磁体一直都未得到。事实上，物理学家之前甚至并不确定二维磁体是否存在。

在6月7日发表于《自然》杂志的一篇论文中，研究人员宣布了第一个真正意义上的二维磁体的诞生，它由一种名为三碘化铬的化合物组成。这一发现最终可能会给新型数据存储设备的研制和量子计算机的设计带来福音。就现在来说，二维磁体将让物理学家得以操作之前无法做到的实验，检验有关磁性的基础理论。

二维材料家族的最再添一名新成员——是三碘化铬磁体。

Efrén Navarro Moratalla

一开始，美国麻省理工学院的凝聚态物理学家Pablo Jarillo-Herrero和华盛顿大学的光电子学研究人员Xiaodong Xu一直在分别寻找二维磁体，直到2016年两人见面之后，他们决定联手共同研究。“这是一个事关原理的问题——没有二维磁体是不完整的，”Jarillo-Herrero说。

磁性特征

Xu和Jarillo-Herrero之所以研究三碘化铬，是因为它的晶体结构是层叠状的，可以用“透明胶带法”将其分离，这是一种利用黏性胶带剥至更薄片层以制作二维材料的方法。科学家同时也被这种化合物的磁性特征所吸引。

像冰箱磁贴一样，三碘化铬是一种铁磁体——因为电子对齐自旋而产生永久性磁场的材料。碘化铬还具有各向异性，这意味着其电子自旋方向存在倾向性，在这里，则是垂直于晶体平面。基于这些基本属性，Xu和Jarillo-Herrero推测三碘化铬在剥落到单原子层时仍能够保留其磁性。这是其他二维材料所不具备的特征。

Jarillo-Herrero的团队培养三碘化铬晶体，并剥落单层和多层薄片，而Xu的实验室则用灵敏的磁强计研究这些样本。

该团队发现，单原子层三碘化铬不仅具备磁性，而且它在相对温暖的-228℃左右就出现了。他们还发现，双原子层三碘化铬没有磁性，但再加入一个原子层后材料又重新获得了磁性。在加上第四层之后，这种材料依然具有磁性，但也具备了其他的特性。研究人员表示，他们正在对此做进一步研究。

磁体研究方法

Jarillo-Herrero和Xu不是仅有的研究二维磁体的人。在四月底，另一组研究人员发表研究称，他们在一种由铬、锗和碲组成的超薄晶体中观察到了磁性。真正的二维磁体在单原子层状态仍旧保持磁性，但是这种超薄晶体只有在多层状态下才表现出磁性。

不过，宾夕法尼亚州立大学的凝聚态物理学家Nitin Samarth认为这两项结果都具有重大意义，他本人并未参与研究，但是针对最近的研究成果写了一篇评论。在这些发现之前，“我们从未拥有制造真正意义上二维磁性材料的通用方法，”他说。从二十世纪七十年代起，科研人员就在尝试制造和研究超薄磁体，但是所有的成品都有瑕疵，算不上真正的二维。

物理学家想要得到一种能够在室温下正常运作、不需要保护以免被氧气破坏的二维磁体，这样它就能最终被运用到消费性电子产品中。现在，Jarillo-Herrero和Xu一面在三碘化铬的化学家族中寻找其他的二维磁体，一面进一步探索他们已制造出的这个磁体。

Jarillo-Herrero想要将二维磁体和二维超导体叠加在一起，观察两者的反应。在磁体中，电子自旋方向都是一致的，在超导体中，自旋相反的电子成对运动。他想知道超导体会破坏铁磁体，还是铁磁体会破坏超导体？“在此之前，我们无法进行这个实验。”

Samarth表示，现在要说这项创造在物理层面上是否存在根本上的创新还为时太早。但是现在物理学家能用二维磁体做实验了，他们迫不及待地想要尝试。ⓝ

Nature|doi:10.1038/nature.2017.22115

点击“阅读原文”阅读英文原文

版权声明：

本文由施普林格·自然上海办公室负责翻译。中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。欢迎转发至朋友圈，如需转载，请邮件[email protected]。未经授权的翻译是侵权行为，版权方将保留追究法律责任的权利。

© 2017 Macmillan Publishers Limited, part of Springer Nature. All Rights Reserved