具有半导体量子结构和铁磁多层的磁性半导体薄膜表现出作为自旋和载流子密度函数的集体磁性现象。二维少层磁性薄膜中本征铁磁性的发现激发了对原子薄层材料磁序的探索。例如，CrI3表现出的磁相取决于铁磁性和反铁磁性之间切换的层数，从单层 CrI3的铁磁性到双层的反铁磁性，然后是三层和块体的铁磁性。Fe3GeTe2、Cr2Ge2Te6和Cr5Te8的居里温度表现出与厚度相关的变化，并且随着厚度的增加而单调增加。单层CrBr3具有本征铁磁性，然而，R层和H层CrBr3双层分别表现出反铁磁性和铁磁性。因此，控制不同层薄膜材料的生长对于研究其层相关特性至关重要。
然而，在二维材料的少层薄膜形成过程中，由于薄膜材料表面的成核势垒较高，层控制生长很困难。本文提出了一种晶种溶液法（图1），通过精确控制金属前驱体的浓度，促进簇晶核的形成，改变基底表面晶种的成核模式，以确保后续反应有充足的金属源。研究表明，通过温度控制的动力学和热力学协同作用很容易生长具有可调层数的VS2薄膜。
图1.种子工程策略控制VS2薄膜层数生长机理图。
兼具半导体和铁磁特性的H相VS2薄膜可能成为下一代自旋电子器件的候选材料。物理性能测量系统（PPMS）和磁光克尔显微镜（MOKE）被用来评估不同层数的VS2单晶的磁性能（图2）。单层H相VS2纳米片在室温以上表现出很强的铁磁性排序，并且我们发现，随着厚度的不断增加，VS2薄膜材料的铁磁性能变弱，这可能是因为存在二维层状薄膜材料层间存在反铁磁耦合。本研究拓宽了二维层状磁性材料可调合成的途径，为新型自旋电子和磁电子器件的构建提供了可能。
图2.不同层数VS2薄膜磁学性质分析。
这一成果近期发表在Advanced Functional Materials上，文章的第一作者是苏州大学2138cn太阳集团古天乐硕士研究生王相懿，通讯作者为苏州大学2138cn太阳集团古天乐邹贵付教授。
论文信息：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202213295
Seed Engineering toward Layer-Regulated Growth of Magnetic Semiconductor VS2
Adv. Funct. Mater., 2023, 2213295. DOI:10.1002/adfm.202213295
导师介绍：
邹贵付： https://www.x-mol.com/groups/Zou_Guifu