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中科院發(fā)現(xiàn)塑性鐵磁半導(dǎo)體
2025年12月01日 10:56:56
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點擊量：3085
CrSiTe3塊體單晶在室溫下表現(xiàn)出良好的塑性，沿面內(nèi)方向可承受高達12%的拉伸應(yīng)變與15%的彎曲應(yīng)變，沿面外方向可承受40%的壓縮應(yīng)變，與已報道的典型塑性無機半導(dǎo)體材料相當。
近日，中國科研團隊在無機半導(dǎo)體材料領(lǐng)域取得重大突破。由中國科學(xué)家院上海硅酸鹽研究所主導(dǎo)的研究團隊，發(fā)現(xiàn)了一種兼具鐵磁性與優(yōu)異塑性的新型無機半導(dǎo)體材料——CrSiTe3晶體。該研究成果以題為《Ductile Inorganic Ferromagnetic Semiconductor》的論文發(fā)表在頂級學(xué)術(shù)期刊《先進材料》上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院、上海市等的支持。
無機半導(dǎo)體，如我們熟知的硅、砷化鎵等，是現(xiàn)代信息社會的基石。它們構(gòu)成了計算機芯片、太陽能電池和發(fā)光二極管的核心。與有機半導(dǎo)體相比，無機半導(dǎo)體通常具有更高的穩(wěn)定性、更優(yōu)異的載流子遷移率和更成熟的大規(guī)模制備工藝。
然而，它們有一個致命的缺陷——脆性。絕大多數(shù)無機半導(dǎo)體像玻璃一樣，無法承受彎曲、拉伸或大的形變，極易發(fā)生斷裂。這一特性嚴重限制了它們在柔性顯示、可穿戴設(shè)備、電子皮膚和可植入生物醫(yī)療器件等前沿領(lǐng)域的應(yīng)用。
中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的研究團隊發(fā)現(xiàn)的CrSiTe3是一種層狀鐵磁半導(dǎo)體材料，這意味著它在微觀上像一本書，由一層層的原子堆疊而成。這種結(jié)構(gòu)本身就為其帶來了一些獨特的優(yōu)勢。力學(xué)性能測試表明，CrSiTe3塊體單晶在室溫下表現(xiàn)出良好的塑性，沿面內(nèi)方向可承受高達12%的拉伸應(yīng)變與15%的彎曲應(yīng)變，沿面外方向可承受40%的壓縮應(yīng)變，與已報道的典型塑性無機半導(dǎo)體材料相當。
磁性測量表明，軋制和彎曲處理后的樣品CrSiTe3的居里溫度均穩(wěn)定在34K，且飽和磁化強度和矯頑力也未發(fā)生明顯變化。蒙特卡洛模擬發(fā)現(xiàn)，層間滑移導(dǎo)致AAC堆垛等亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)形成后，CrSiTe3鐵磁性保持穩(wěn)定，磁各向異性仍沿c軸方向且僅發(fā)生微小偏差，材料具有與原始ABC堆垛相近的居里溫度(35±1K)。上述結(jié)果說明，材料的塑性變形對宏觀鐵磁性能影響甚微。
該研究的核心成果在于，首次系統(tǒng)地表征并證實了CrSiTe3作為一種鐵磁半導(dǎo)體，在室溫下?lián)碛锌膳c典型塑性材料媲美的機械變形能力。這一發(fā)現(xiàn)解決了長期以來困擾柔性電子領(lǐng)域的一個關(guān)鍵材料瓶頸——即如何在同一材料中實現(xiàn)優(yōu)異的電學(xué)/磁學(xué)性能和機械柔韌性。
參考資料來源： 上海硅酸鹽研究所
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