一种二维异质结纳米片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种二维异质结纳米片及其制备方法和应用。本发明专利技术的二维异质结纳米片，包括Cr2O3基体，所述Cr2O3基体中镶嵌有CrN晶畴，该二维异质结纳米片厚度可调，形貌可控，成分可调，且具有可调控的室温铁磁性。本发明专利技术还提供了二维异质结纳米片的制备方法和应用。提供了二维异质结纳米片的制备方法和应用。提供了二维异质结纳米片的制备方法和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种二维异质结纳米片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于磁性材料
，具体涉及一种二维异质结纳米片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]二维磁性材料是指具有二维结构，同时表现出磁性质的材料。这类材料通常由单层或几层原子或分子组成，形成具有平面结构的纳米材料。由于其独特的结构和磁性质，二维磁性材料在纳米科技和磁性器件领域引起了广泛的研究兴趣。二维磁性材料可以分为几种不同的类型，其中最常见的是二维磁性薄膜和二维磁性晶体。二维磁性薄膜是通过在基底上沉积一层或多层磁性材料形成的，其厚度通常在几纳米至几十纳米之间。这些薄膜可以用于磁存储器件、传感器和磁性逻辑器件等应用。另一类二维磁性材料是二维磁性晶体，其是由单层或几层原子组成的晶格结构。这些材料通常具有特殊的磁性性质，如反铁磁性或铁磁性，其磁性行为可以通过调控外部条件(如温度或磁场)来改变。这些二维磁性晶体在磁性存储、磁性传感器、自旋电子学等领域具有潜在的应用前景。
[0003]二维磁性材料的研究不仅拓展了材料科学的领域，而且为新型磁性器件和纳米技术的发展提供了新的可能性。由于其特殊的结构和性质，二维磁性材料在纳米电子学、能源存储、生物医学等多个领域都有着重要的应用前景。近年来，二维磁性材料由于可调的自旋自由度，能够对电流等信号进行调制，在构建低功耗、高密度、快速响应、具有非易失性的电子器件方面展现出巨大的应用潜力。然而，由于其制备和控制较为复杂，二维磁性材料仍然面临一些挑战，需要进一步的研究和技术发展来实现其商业应用。具体而言，具有本征磁性的二维材料种类较少，且大部分已知的具有本征磁性的二维材料稳定性差，居里转变温度低于室温，使其难以满足实际应用的需求。
[0004]综上，需要开发出化学稳定且具有高居里温度的二维铁磁异质结材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种二维异质结纳米片，该二维异质结纳米片化学稳定，并且具有高居里温度，具有室温铁磁性。
[0006]本专利技术还提供了一种制备二维异质结纳米片的方法。
[0007]本专利技术还提供了一种二维异质结纳米片的应用。
[0008]本专利技术的第一方面提供了一种二维异质结纳米片，包括Cr2O3基体，所述Cr2O3基体中镶嵌有CrN晶畴。
[0009]本专利技术关于二维异质结纳米片的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
[0010]过渡金属氧化物和氮化物具有优异的稳定性和强自旋
‑
轨道耦合相互作用，是研究二维极限厚度下磁性以及低功耗自旋电子学/磁存储器件的理想材料。过渡金属氧化物
和氮化物异质结界面不仅可以通过改变局域电子密度和价电子轨道占有率来重建轨道，还可以通过局域晶格畸变引入应变效应来调控磁性。因此，可控制备过渡金属氧化物和氮化物异质结对于实现该类材料超薄厚度下的磁性可调具有重要意义。本专利技术的二维异质结纳米片，包括Cr2O3基体，所述Cr2O3基体中镶嵌有CrN晶畴，该二维异质结纳米片厚度可调，形貌可控，成分可调，且具有可调控的室温铁磁性。
[0011]本专利技术的二维异质结纳米片，在磁性存储、磁性传感器、自旋电子学等领域具有潜在的应用前景。
[0012]根据本专利技术的一些实施方式，所述二维异质结纳米片的形貌包括三角形和六边形中的至少一种。
[0013]根据本专利技术的一些实施方式，所述二维异质结纳米片的形貌包括马赛克形。
[0014]根据本专利技术的一些实施方式，所述二维异质结纳米片的边长为1μm～60μm。
[0015]根据本专利技术的一些实施方式，所述二维异质结纳米片的边长为1μm～5μm。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，所述二维异质结纳米片的边长为1μm～10μm。
[0017]根据本专利技术的一些实施方式，所述二维异质结纳米片的边长为1μm～20μm。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，所述二维异质结纳米片的边长为1μm、5μm、10μm、20μm、60μm中的任意两个数值形成的范围值。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述二维异质结纳米片的厚度为2nm～30nm。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述二维异质结纳米片的厚度为2nm～10nm。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，所述二维异质结纳米片的厚度为2nm～15nm。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，所述二维异质结纳米片的厚度为2nm～20nm。
[0023]根据本专利技术的一些实施方式，所述二维异质结纳米片的厚度为2nm～25nm。
[0024]根据本专利技术的一些实施方式，所述二维异质结纳米片的厚度为2nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm中的任意两个数值形成的范围值。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，所述二维异质结纳米片中，所述CrN晶畴和所述Cr2O3基体的质量比为0.2～0.5:1。
[0026]根据本专利技术的一些实施方式，所述二维异质结纳米片中，所述CrN晶畴和所述Cr2O3基体的质量比为0.2～0.3:1。
[0027]根据本专利技术的一些实施方式，所述二维异质结纳米片中，所述CrN晶畴和所述Cr2O3基体的质量比为0.3～0.5:1。
[0028]本专利技术的第二方面提供了一种制备所述的二维异质结纳米片的方法，包括以下步骤：利用氮源、铬源和衬底，通过化学气相沉积在所述衬底表面反应形成所述的二维异质结纳米片。
[0029]本专利技术关于二维异质结纳米片的制备方法中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
[0030]到目前为止，二维铁磁异质结构主要通过人工堆叠纳米片或自下而上生长来获得。虽然人工堆叠可以获得由各种层状材料组成的二维垂直异质结构，但复杂耗时的剥离/转移过程和产品的低良率使其不适合大规模生产。相比之下，自下而上的生长方法适合大规模制备该类二维异质结材料，但目前的方法(如：脉冲激光沉积、分子束外延)需要超高真空的严苛环境和昂贵的设备，增加了其工业应用的成本。本专利技术的制备方法，无需昂贵的设
备和复杂的过程控制，反应条件不苛刻，原料易得，生产成本低，容易工业化生产。
[0031]本专利技术二维异质结纳米片的制备方法，制备出的二维异质结纳米片厚度可调，形貌可控，成分可调，且具有可调控的室温铁磁性。
[0032]本专利技术二维异质结纳米片的制备方法，形貌和成分可通过改变反应参数来实现调控。
[0033]根据本专利技术的一些实施方式，化学气相沉积反应压强为1～760Torr，例如1Torr、50Torr、100Torr、200Torr、500Torr、760Torr等。
[0034]根据本专利技术的一些实施方式，包括以下步骤：
[0035]S1：将所述铬源置于加热区，将所述衬底置于所述铬源的上方，通入载气后，升温加热至保温阶段；
[0036]S2：保温阶段通入氮源，所述氮源和铬源在所述衬底表面反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维异质结纳米片，其特征在于，包括Cr2O3基体，所述Cr2O3基体中镶嵌有CrN晶畴。2.根据权利要求1所述的二维异质结纳米片，其特征在于，所述二维异质结纳米片的形貌包括三角形和六边形中的至少一种。3.根据权利要求1所述的二维异质结纳米片，其特征在于，所述二维异质结纳米片的边长为1μm～60μm；和/或，所述二维异质结纳米片的厚度为2nm～30nm；和/或，所述二维异质结纳米片中，所述CrN晶畴和所述Cr2O3基体的质量比为0.2～0.5:1。4.一种制备如权利要求1至3任一项所述的二维异质结纳米片的方法，其特征在于，包括以下步骤：利用氮源、铬源和衬底，通过化学气相沉积在所述衬底表面反应形成所述的二维异质结纳米片。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将所述铬源置于加热区，将所述衬底置于所述铬源的上...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘碧录，贺丽琼，王经纬，农慧雨，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：