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研究背景
二维（2D）磁体，如CrI
3
，Cr
2
Ge
2
Te
6
，Fe
3
GeTe
2
，Fe
3
GaTe
2
，MnBi
2
Te
4
，CrSe
2
和 CrTe
2
等，展现出了原子级厚度的长程磁有序，并且它们的磁性可以通过厚度、电场、掺杂和化学修饰等实现有效地控制。此外，2D磁性材料还具有磁近邻效应、手性自旋态、交换偏置效应和量子反常霍尔效应等独特特性，引起了人们的广泛关注。具有强垂直磁各向异性和高质量表面的原子级厚度的2D磁性材料在下一代低功耗和小尺寸自旋电子器件中具有潜在应用。当前大多数2D磁性材料的居里温度低于室温，严重阻碍了它们在自旋电子器件中的进一步应用。
Kagome晶格是由角共享的三角形组成的2D网络，存在具有奇特量子磁性状态的Dirac电子以及许多有趣的物理现象，如量子自旋液体、拓扑绝缘体、Weyl费米子、磁斯格明子和超导特性。Fe
3
Sn
2
是一种室温铁磁Kagome金属，由于其具有Dirac费米子和平带，在基础物理研究中吸引了大量关注。Fe
3
Sn
2
晶体中的自旋方向在250K以上平行于C轴，在60K以下垂直于C轴，且Fe
3
Sn
2
具有准层状结构，其2D晶体将为磁性研究提供一个完美平台，并在室温垂直磁各向异性的自旋电子器件中具有潜在应用。目前已经使用分子束外延和磁控溅射等方法合成了2D Fe
3
Sn
2
薄膜。这些薄膜是多晶的，它们的电磁特性对缺陷敏感，因此不适合进行本征物理研究和在自旋电子器件中应用。因此，迫切需要合成及研究高质量的2D Fe
3
Sn
2
单晶。
成果介绍
鉴于此，湖南大学的段曦东教授和黎博教授团队发表了题为“Two-Dimensional Ultrathin Fe
3
Sn
2
Kagome Metal with Defect-Dependent Magnetic Property”的工作在Nano Letters期刊上。这项工作利用化学气相沉积（CVD）方法在c面蓝宝石衬底（c-Al
2
O
3
）上合成了二维高质量的Fe
3
Sn
2
纳米片。研究表明，形状的调控应该是由生长中Fe：Sn的原子比例所决定的。通过测试发现，六边形Fe
3
Sn
2
纳米片中存在较多的Fe空位缺陷，对应的电磁输运表现出不明显的矫顽力。而具有近乎完美化学计量比的三角形Fe
3
Sn
2
纳米片在室温下呈现明显的磁滞回线，其矫顽力随温度的升高首先增加然后保持稳定。这一现象应该是由于Fe
3
Sn
2
晶体中热激发机制和自旋方向旋转机制的竞争所导致的。
图文导读
图1. Fe
3
Sn
2
纳米片的合成。(a) Fe
3
Sn
2
晶体的侧视图。(b) Fe
3
Sn层的俯视图。(c) 用于生长六边形和三角形Fe
3
Sn
2
纳米片的管式炉的示意图。(d-g)在瓷舟I中使用不同量的FeCl
2
所合成的Fe
3
Sn
2
纳米片的光学显微镜图像，其质量分别为0、0.05、0.075和0.1 g。比例尺：20 μm。(h) 具有六边形和三角形形状的Fe
3
Sn
2
纳米片中的Fe:Sn原子比统计数据。
图2. Fe
3
Sn
2
纳米片的晶体结构的TEM表征。(a) 六边形Fe
3
Sn
2
纳米片的LR-TEM图像。TEM-EDS谱和六边形Fe
3
Sn
2
纳米片对应的mapping图。比例尺：1 μm。(b) 六边形Fe
3
Sn
2
纳米片的SAED图像。比例尺：5 nm
-1
。(c) 六边形Fe
3
Sn
2
纳米片的相应HR-TEM图像。比例尺：5 nm。(d) 三角形Fe
3
Sn
2
纳米片的LR-TEM图像。TEM-EDS谱和三角形Fe
3
Sn
2
纳米片对应的mapping图。比例尺：1 μm。(e) 三角形Fe
3
Sn
2
纳米片的SAED图像。比例尺：2 nm
-1
。(f) 三角形Fe
3
Sn
2
纳米片的相应HR-TEM图像。比例尺：5 nm。
图3. 气氛中的Fe:Sn原子比和畴形状图。球棍模型显示了Fe
3
Sn层的俯视微观结构。右侧的示意图说明了根据两种不同的终端生长速率而发生的畴形状变化过程。
图4. Fe
3
Sn
2
纳米片的电磁输运性能。(a) 六边形Fe
3
Sn
2
纳米片在不同温度下磁阻率ρ
xy
随磁场H的变化。 (b) 三角形Fe
3
Sn
2
纳米片在不同温度下磁阻率ρ
xy
随磁场H的变化。 (c) Fe
3
Sn
2
晶体中Fe原子之间的相互磁耦合。 (d) 三角形Fe
3
Sn
2
纳米片的矫顽力H
C
随温度的变化。 (e) 在300K下，厚度分别为12.1 nm和22.8 nm的三角形器件磁阻率ρ
xy
随磁场μ
0
H的变化。
总结展望
总而言之，本文通过CVD方法控制FeCl
2
的量，合成了具有Kagome结构、不同Fe空位缺陷的六边形和三角形形状的准层状Fe
3
Sn
2
纳米片。研究表明，形状调控应该来源于生长中的Fe:Sn原子比。发现六边形Fe
3
Sn
2
纳米片存在较多的Fe空位缺陷，相应的电磁输运没有明显的矫顽力。而三角形Fe
3
Sn
2
纳米片的Fe空位缺陷较少，其矫顽力在温度升高时先增加后稳定，在室温下表现出明显的磁滞回线。三角形Fe
3
Sn
2
中矫顽力的异常现象应该是由Fe
3
