层状镧系元素氯氧化物lanthanide oxychloride (LnOCl)系列
(镧系元素是元素周期表中构成第 6 周期的化学元素,称之为稀土元素,以氧化物的形式存在)
,具有低等效氧化物厚度、高击穿场和磁有序特性,为下一代范德瓦尔斯器件带来了巨大的希望。然而,LnOCl材料的开发,还缺少生长单晶相的可靠方法。
近日,北京大学Zhuofeng Shi, Wei Guo, Saiyu Bu, Lingmiao Ma,康宁Ning Kang & 林立Li Lin等,英国剑桥大学Boyang Mao等,在Nature Materials上发文,在几个小时内,成功实现了英寸大小的块状LnOCl材料单晶,以及厚度低至单层的单晶薄膜生长。
单层LnOCl材料表现出了超低的等效氧化物厚度,例如LaOCl和SmOCl分别具有0.25和0.34数值。在石墨烯器件中,利用LnOCl材料作为电介质,实现展示了晶圆级的载流子迁移率增强,以及发展良好的量子霍尔效应。SmOCl和DyOCl诱导的强磁邻近效应,实现了磁交换耦合的有效界面电荷转移。
该项工作,为合成大尺寸单晶层状材料、丰富超低等效氧化物厚度介电材料库和诱导强磁邻近效应的二维磁性材料,提供了一种通用策略。
Rapid growth of inch-sized lanthanide oxychloride single crystals.
英寸级尺寸镧系氯氧化物单晶的快速生长。
图2:LnOCl块状单晶的制备和剥离。
图3:单晶LnOCl(Ln = La和 Sm) 晶片的CVD生长及其介电性能。
图4:SmOCl–石墨烯异质结构器件的传输特性、塞曼自旋霍尔效应Zeeman spin Hall effect,ZSHE和磁近邻效应magnetic proximity effect ,MPE。
文献链接
Shi, Z.,
Guo, W., Bu, S. et al. Rapid growth of inch-sized lanthanide oxychloride single crystals. Nat. Mater. (2025).
https://doi.org/10.1038/s
41563-025-02142-9
本文译自Nature。