在已知的层状磁性材料中，普林斯顿大学制造的一种材料具有最高的电子迁移率。三氮化钆材料内部的电子能够以极低的散射速度运动，从而减少了任何由这种材料制造的电子设备的散热。信贷:世明雷

 

在已知的层状磁性材料中，新材料具有最高的电子迁移率。它的特性使其成为磁双电子学和自旋电子学等新领域以及数据存储和设备设计方面的进步的候选材料。

 

可以说，所有的元素都是从那里开始的;这只是一个弄清楚他们的能力的问题——单独或一起。对于Leslie Schoop的实验室来说，最近的一项这样的调查发现了一种具有三种特性的层状化合物，这在一种材料中是不存在的。

 

上周，化学助理教授舒普和博士后助理研究员雷石明在《科学进展》杂志上发表了一篇论文，称范德瓦尔斯材料碲化钆(GdTe3)在所有已知的层状磁性材料中表现出最高的电子迁移率。此外，它具有磁性顺序，容易脱落。

 

这些特性结合在一起，使它成为磁双电子学和自旋电子学等新领域以及数据存储和设备设计方面的进步的候选材料。

 

Schoop团队最初是在2018年初项目开始后不久发现这些独特的特征的。他们的第一个成功是证明了GdTe3在10nm以下很容易剥落成超薄薄片。随后，研究小组花了两年时间将材料晶体的纯度提高到只能放大实验结果的状态。该实验室已经向研究人员运送了一些样品，这些研究人员渴望探索这种化合物如何适应之前只属于黑磷和石墨的一类化合物。在层状材料中，高流动性是罕见的。

 

研究中详细描述的特性被称为量子振荡或可测量的“摆动”，它们如此明显，以至于不用国家实验室通常使用的特殊探针和设备就能观测到。天富代理

 

“通常，如果你看到这些振荡，它部分取决于你的样本质量。我们真的坐下来尽可能地制造出最好的晶体。在两年的时间里，我们提高了质量，所以这些波动变得越来越剧烈，”舒普说道。朔普笑着说:“但是，第一批样品已经显示出了它们的存在，尽管我们长出了第一批晶体，但我们并不清楚自己在做什么。”

 

“这让我们非常兴奋。我们在这种材料中看到了我们没有预料到的高移动电子的结果。当然，我们希望有好的结果。但我没想到它会这么戏剧化。”

 

雷军将这则新闻定性为一个“突破”，很大程度上是因为它的高流动性。他说:“把这种材料添加到二维范德瓦尔斯材料的动物园中，就像在烹饪中加入一种新发现的食材，可以做出新的口味和菜肴。”

 

“首先，你要把这些材料弄出来。下一件事是识别其潜力:你能用它制造的设备有什么功能?作为下一代材料，我们可以在这方面进一步提高哪些性能?”

 

GdTe3是一种稀土三硫脲，载流子机动性超过60000 cm2V-1s-1。这意味着，如果对材料施加每厘米一伏特的电场，电子以每秒60000厘米的净速度移动。相比之下，其他磁性材料的可动性通常发现只有几百。

 

雷军说:“高迁移率很重要，因为这意味着材料内部的电子能够以最小的散射以最快的速度运动，从而减少任何由它制造的电子设备的热耗散。”天富代理

 

范德瓦尔斯材料是二维材料的母化合物，其中层被弱力束缚。研究人员正在为下一代设备制造和twistronics的使用而研究它们，仅仅几年前科学界才首次介绍了这种技术。在twistronics中，二维材料层在相互叠加时是不对齐或扭曲的。晶格的适当错位可以改变电学、光学和机械性能，从而产生新的应用机会。

 

此外，大约15年前人们发现，通过使用像透明胶带这样普通的东西，范德瓦尔斯材料可以剥落到最薄的一层。这一发现激发了物理学的许多新发展。最后，二维材料最近才显示出磁序，即电子的自旋彼此排列。所有的“薄”设备——例如硬盘驱动器——都是基于以不同方式进行磁性排序的材料，