[論文レビュー] Co-existence of Novel Ferromagnetic/Anti-ferromagnetic Phases in Two-dimensional Ti3C2 MXene

Mehroz Iqbal, Jameela Fatheema+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 29, 2019

MXene and MAX Phase Materials参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、共沈殿法を用いたLaドーピングにより、2次元Ti3C2 MXeneにおいて強磁性相と反強磁性相が共存する初の実験的合成に成功した。ドーピングによりc格子定数は19.2 Åから18.3 Åに低下し、バンドギャップは1.06 eVから1.44 eVに増加し、磁気秩序が誘起された。これはスピントロニクスおよび磁気記憶応用の可能性を示している。

ABSTRACT

This study reports first synthesis of MXene-derived co-existing phases. New family of two-dimensional materials such as Ti3C2 namely MXene, having transition metal forming hexagonal structure with carbon atoms have attracted tremendous interest now a days. We have reported structural, optical and magnetic properties of undoped and La-doped Ti3C2Tx MXene synthesized using co-precipitation method. The c-lattice parameters (c-LP) calculated for La-MXene is c=18.3Å which is slightly different from the parent un-doped MXene (c=19.2Å), calculated from X-ray diffraction data. The doping of La+3 ions shrinks Ti3C2Tx layers perpendicular to the planes but expands slightly the in-plane lattice parameters. The band gap for MXene is calculated to be 1.06 eV which is increased to 1.44 eV after the doping of La+3 ion that shows its good semiconducting nature. The experimental results for magnetic properties of both the samples have been presented and discussed, indicating the presence of ferromagnetic-antiferromagnetic phases co-existing. The results presented here are unique and first report on magnetic properties of two-dimensional carbides for magnetic data storage applications.

研究の動機と目的

• ドーピングおよびLaドーピングされたTi3C2Tx MXeneの構造的・光学的・磁気的性質を調査すること。
• La+3ドーピングが2次元MXeneの格子定数および電子構造に与える影響を調査すること。
• MXeneの磁気的挙動を特定し、強磁性相と反強磁性相の共存を同定すること。
• ドーピングされたTi3C2 MXeneがスピントロニクスおよび磁気記憶応用に果たす可能性を評価すること。

提案手法

• 共沈殿法を用いたドーピングおよびLaドーピングされたTi3C2Tx MXeneの合成。
• Laドーピングに伴うc格子定数の変化を特定するためのX線回折(XRD)分析。
• 光学吸収データを用いたバンドギャップの計算により、半導体的性質の評価。
• 磁気的性質の特徴付けにより、強磁性および反強磁性相の共存を同定。
• 格子の拡張・収縮とドーピング効果との相関を結びつけるための構造的および電子的分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 La+3ドーピングは、Ti3C2 MXeneのc格子定数および面内格子定数にどのように影響するか？
• RQ2 Laドーピング後のバンドギャップの変化は何か？ そして、MXeneの半導体的性質にどのように影響するか？
• RQ3 LaドーピングされたTi3C2 MXeneに共存する磁気相は何か？ その起源は何か？
• RQ4 2次元MXeneにおいて、強磁性および反強磁性相の共存が実験的に確認可能か？
• RQ5 ドーピングされたTi3C2 MXeneは、スピントロニクスまたは磁気記憶応用にどのような可能性を秘めているか？

主な発見

• Laドーピングにより、ドーピングされていないMXeneのc格子定数19.2 Åが、LaドーピングされたMXeneでは18.3 Åに低下した。
• LaドーピングされたMXeneの面内格子定数は、ドーピングされていない相と比較してわずかに拡張している。
• バンドギャップは、ドーピングされていないMXeneの1.06 eVから、LaドーピングされたMXeneの1.44 eVに増加し、半導体的性質の強化が示された。
• 実験結果により、LaドーピングされたTi3C2 MXeneに強磁性および反強磁性相の共存が確認された。
• これは、2次元MXeneにおいて磁気相が共存する初めての報告であり、スピントロニクス応用への可能性を示唆している。