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二维半金属材料获验证 纳米级磁性器件开发迎来新可能
2025年07月21日 16:44:34
来源：Ky开元集团 点击量：199
半金属，指的是介于金属和非金属之间的物质。而近日，德国于利希研究中心的研究人员研制出全球首个二维半金属材料并获实验证实。这种材料或将有望成为构建自旋电子元件的基础。
近日，德国于利希研究中心的研究人员研制出全球首个二维半金属材料并获实验证实。据悉，该材料是一种仅允许单一自旋方向电子导电的材料，有望成为实现自旋电子器件的关键材料。
所谓半金属，指的是介于金属和非金属之间的物质。这种物质外表呈现出金属的特性，但在化学性质上却表现出金属和非金属两种性质。并且从能带结构来看，金属中被电子填充的最高能带是半满的或部分填充的，电子能自由运动，有较高的电导率。但又与传统导体不同，半金属只允许一种自旋方向的电子通过。正因如此，这种材料在诸多领域具备独特的优势。
而二维材料，指的则是厚度仅为原子或分子级别的薄层材料，电子在其中仅能在两个维度(平面)上自由运动。这类材料通常由单层或少数几层原子组成，厚度在纳米尺度范围内。同时高比表面积、光学透明性与柔韧性也赋予了这种材料更广阔的应用场景。
二维半金属材料相当于具备半金属的单一自旋方向电子导电特性与二维材料的薄柔特性，这对于材料的应用，有非常积极的影响。
像传统的半金属材料，只能在极低温下工作，且表面易失去自旋极化特性。而此次德国于利希研究中心开发的铁钯合金二维半金属便可以在室温下实现稳定自旋传输，甚至，由于这种材料并不依赖理想的晶体结构，因此理论上可以通过调节铁的含量还能对其电子特性进行精准调控。
据悉，研究团队利用范德华挤压技术，将熔融金属在高压下挤压至单层二硫化钼(MoS?)夹层中，形成稳定的二维金属层。这一方法突破了传统非层状材料(如金属)难以剥离至原子级厚度的难题。并且通过自旋分辨动量显微镜直接观察电子行为，证实材料表面仅特定自旋方向的电子参与导电，推翻了学界长期认为“自旋-轨道耦合会破坏半金属性”的观点。
与此同时，这种二维半金属自旋极化方向与磁化方向相反的罕见特性为纳米级磁设备解锁新功能，可能催生全新类别的微型传感器或量子器件，展现出了非常广阔的应用前景。或许在不远的未来，我们能够见到这种材料被用于自旋滤波器、自旋轨道转矩系统等电子元件的生产中，享受到这类材料给人类科技带来的改变。
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