나노기술 및 정책 정보

• 목록

중국과학원 허페이(合肥) 물질과학 연구원 연구팀이 최근 관련 연구개발을 통해 2차원 자성 재료의 자기 이방성(magnetic anisotropy) 및 임계 행위 연구 분야에서 혁신 성과를 냄.

최근 2차원 반데르발스(Van der Waals) 자성 재료는 자체의 독특한 물리특성 및 회전 전자 디바이스에서의 잠재적인 응용성이 주목되면서 내재성 2차원 강자성(ferromagnetism)에 대한 탐색은 저차원 자성 메커니즘 해석 및 차세대 나노 레벨의 회전 디바이스 개발은 매우 중요한 의미를 보유하고 있으며, 동 유형 재료 중 Cr₂Ge₂Te₆, CrI₃과 Fe₃GeTe₂등 2차원 재료는 자기 전기(magnetic electricity) 및 자기 광학(magneto-optic) 응용 분야에서 매우 우수한 성능을 보유하고 있기 때문에 과학연구 인원들의 주목을 받았으며, 연구인원들은 2차원 강자성(ferromagnetic) 재료인 Fe₃-xGeTe₂와 Cr₂Ge₂Te₆의 자기 위상 전이 행위 및 자기 결합 메커니즘에 대해 다양한 방법을 사용하여 체계적인 연구를 실행하였음. Fe₃-xGeTe₂는 일종 편력(itinerant, 遍歷) 강자성 재료로서 층간의 상호 역할이 매우 취약하고 박리하기 쉬우며 Fe 빈틈(vacancy)의 농도 제어를 통해 퀴리 온도(Curie temperature) TC를 140K로부터 230K로 조정할 수 있는 동시에 TC는 층수에 의존하며 이온 게이트를 제어하는 방법을 통해 실온에 접근하도록 제어할 수 있음. 실온에 접근하는 퀴리 온도(Curie temperature) 외, 강한 자기 이방성(magnetic anisotropy)도 중요한 연구방향이 되고 있으며, 자성 메모리 응용 분야의 상용화에 큰 역할을 할 것으로 기대되는데, 연구인원들은 자기화 용이축(磁化容易軸, easy axis)과 자화 어려운 축(磁化困難軸, hard axis) 자화 곡선의 측량, 이방성의 자기 엔트로피(entropy) 변화에 대한 계산 및 임계 행위에 대한 분석을 통해 Fe₃-xGeTe₂의 자기 이방성 특성에 대한 연구를 실행하였음. 연구인원들의 연구결과에 따르면, 자기장 H가 c축과 평형 될 때 자기 상호 역할은 단기적 상호 역할에 속하며, 3차원 하이젠베르그(Heisenberg) 행위에 부합되며, H와 ab면이 평형 될 때 자기 결합은 장기적인 강자성 질서를 유지하게 되며, 평균 필드 모델(Mean field model)을 따르는 것으로 나타났음.

연구인원들은 이번 연구를 통해 Fe₃-xGeTe₂ 중의 자기 상호 역할은 외부 자기장의 방향에 의존하며, 유사한 이방성 행위도 마찬가지로 CrI₃과 Cr₂Ge₂Te₆ 시스템 속에 있다는 점을 밝혀냈음. Cr₂Ge₂Te₆에 대한 연구인원들의 연구결과에 따르면, Cr₂Ge₂Te₆ 중의 자기 상호 역할은 2차원 이징 모델(Ising model)의 장기적인 질서를 유지하며, 취약한 자기 이방성이 효과적으로 열의 오르내림을 상쇄하기 때문에 장기적인 강자성 질서를 실현하게 되며, 관련 연구결과는 재 규격화 그룹(renormalization group) 이온에서 예측한 결과와 일치한 것으로 나타났음.

본 연구 성과는 Physical Review B에 게재됨.