团队傅德大学得新院士颐副域取料牛厦门烯磁张荣组在阻领课题 材教授进展石墨

一、厦门新进 【导读】  

近日，大学厦门大学物理科学与技术学院张荣院士团队傅德颐副教授课题组，张荣组石展材利用二维范德华铁磁体Fe3GeTe2（FGT）与单层石墨烯（Gr）堆叠形成异质结，院士颐副在室温9T磁场条件下实现了高达9400%的团队磁阻，创下了石墨烯体系的傅德磁阻记录。该异质结磁阻对温度表现出弱依赖性，教授从而解决了传统石墨烯体系中磁阻随温度降低而急剧减小的课题不足，使其在高精度和宽温域磁存储、墨烯磁场传感和生物医学传感等领域具有广阔的磁阻应用前景。相关研究成果以“铁锗碲/石墨烯异质结中自旋依赖的领域料牛轨道耦合诱导的巨磁阻”（Giant magnetoresistance induced by spin-dependent orbital coupling in Fe3GeTe2/graphene heterostructures）为题，于3月24日在线发表于《Nature Communications》期刊。厦门新进

二、【成果掠影】

磁阻（MR）效应因其在基础科学和实际应用中的张荣组石展材重要意义，受到产学界长期以来的院士颐副广泛关注和深入研究。为开发低能耗、高灵敏度和宽工作温域磁阻传感器，多种新型材料的磁阻特性被系统研究。其中，石墨烯凭借其优异的电学性能脱颖而出，并且展现出独特的线性非饱和磁阻现象——这源于其二维结构中空间电荷分布的不均匀性。然而，纯石墨烯中的磁阻较小（< 300%），研究者们提出了多种增强策略，例如通过纳米粒子修饰石墨烯表面，或将其置于具有褶皱结构的衬底上等等。这些方法进一步增加了石墨烯体系中的电荷不均匀性，虽然取得了一定的效果，但是磁阻增强仍然有限。更重要的是，低温下量子效应会显著影响石墨烯的磁场响应特性，导致器件磁阻大幅下降并出现负磁阻，难以在低温环境中稳定工作，因此这是一个亟待解决的关键难题。

FGT/Gr异质结的MR在9T磁场时高达9400%，与纯石墨烯相比，增强了大约30倍，这也是目前石墨烯及其异质结或改性体系中的报道最高值。更引人注目的是，MR随温度变化表现出显著的弱依赖性，即在室温到4K的范围内，MR的变化值很小。这也暗示了FGT/Gr体系中MR的增强存在新的物理机制。

 三、【核心创新点】

第一、利用FGT/Gr异质结实现了室温下高达9400%(@9T)的MR，并且没有明显的饱和，表明该体系在极大磁场探测的潜力。

第二、该体系的MR随温度是弱依赖的，可以在很宽的温度范围工作。

第三、通过DFT计算，表明了巨大MR起源于自旋依赖的轨道耦合，这为开发高灵敏度、宽温域磁阻传感器提供了重要的理论依据和技术路径。

 四、【数据概览】

图1  器件结构和室温基础磁输运测量。a.典型FGT/Gr异质结构的器件照片和测量示意图。比例尺为10µm。 b. FGT/Gr异质结构在不同磁场下的I–V曲线。c. FGT/Gr异质结构的室温9T磁场的MR，还显示了纯石墨烯区域的MR曲线以供比较。d. FGT的霍尔电阻Rxy在1.6至225 K温度范围内随磁场的函数，表明居里温度大概在210K。插图所示为器件照片，比例尺为5µm。  

图2  FGT/Gr异质结构的温度和栅压依赖MR。a. FGT/Gr异质结构在不同温度下测量的MR。b. FGT/Gr异质结在不同磁场下的MR随温度的变化。c. FGT/Gr异质结在不同磁场下测量的转移曲线。d. 归一化MR随栅压的变化。

图3  理论计算。a. FGT/Gr异质结构的晶体结构。b. 投影到石墨烯上的自旋分辨能带结构。c. 投影到石墨烯上的自旋分辨能带结构。虚线表示费米能级。

图4  不同器件的MR统计。a. 本文研究的不同结构在1T磁场下的MR直方图。b. 不同退火温度的器件在9T磁场下的MR。c. 我们的工作和文献中报告的不同石墨烯系统的MR比较。

五、【作者简介】

本研究的第一完成单位为厦门大学物理系，第一作者为厦门大学博士研究生黄世明。厦门大学傅德颐副教授、王茂原副教授和张峰教授为论文的共同通讯作者。南方科技大学梅佳伟教授和大连理工大学黄火林教授对该项工作提供了大力支持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58224-4 

最新评论