近日，中国科学技术大学谢毅教授团队、吴长征特任教授课题组与曾晓成教授（我校中科院人才计划B获得者，美国内布拉斯加大学林肯分校Ameritas大学讲座教授），及中国科学院强磁场中心研究组合作，通过阴离子固溶技术实现了二维纳米材料的自旋和能带结构的本征调控，获得了目前二维纳米材料中最高的负磁电阻效应，该现象的发现有可能推动二维材料在自旋电子器件的进展。此成果10 月6 日在线发表在Physical Review Letters 上[Phys. Rev. Lett. 113, 157202 (2014)]。
基于电子自旋自由度调控的巨磁阻材料，能实现信息高密度存储和高速读写，是整个信息产业的核心。随着人们对电子器件高集成度和小型化日益增长的需求，在更小的材料尺度实现磁阻效应成为追逐目标。以石墨烯为代表的二维纳米材料具备独特的形貌和优异的物性特征，为实现纳自旋电子器件提供了重要的材料基础。因此在二维纳米材料中实现自旋的本征调控和磁阻效应，是近年来该领域的研究热点。由于绝大多数二维材料是本征非磁的，如何在二维材料中引入本征净磁矩成为了开发二维自旋电子器件的关键。化学与材料科学学院吴长征教授、郭宇桥博士与戴军博士等提出低价卤族取代硫族元素的阴离子掺杂新方法，在克服了阳离子掺杂形成插层化合物而难以剥离的缺点的基础上，在二维纳米材料中成功引入本征自旋和调控能带结构，实现了自旋相关散射电子输运，基于此构建了基于二维过渡金属硫属化合物的巨磁阻器件。该实验结果实现了目前为止，二维纳米材料体系最大的本征负磁阻效应，-85%（10K，5T）。审稿人认为该工作开创一个很有意义的研究领域(“open asignificant new area of research”)。
图：阴离子碘固溶实现二维TiTeI能带打开；Ti3+局域磁阻的自旋阻挫构形导致电子自旋相关散射；超薄TiTeI纳米片的巨磁阻效应。
吴长征课题组近年来在二维磁性材料的制备和自旋调控方面取得了系列进展。此前，通过长期的研究探索，成功获得了具有本征室温铁磁性和电荷密度波相变行为的二维过渡金属硫属化合物，并发现了具有超高铁磁饱和磁化强度的二维纳米材料。相关研究成果分别发表在著名化学期刊Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 10477-10481和Chem. Sci., 2014, 5, 2251-2255上。此外，他们又通过引入氢悬键的策略成功的实现了二维非金属材料自旋行为的调控，相关成果已发表在Chem. Sci., 2015, DOI: 10.1039/C4SC02576H,并被Chemistry World作为research news报道。
上述研究得到了国家基金委、科技部、中国科学院、能源材料化学协同创新中心的支持。
（化学与材料科学学院、合肥微尺度物质科学国家实验室、能源材料化学协同创新中心、科研部）
附论文链接：http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.113.157202
