[论文解读] 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 6

一句话总结

本研究首次通过共沉淀法实现镧掺杂，实验合成了二维Ti3C2 MXene中同时存在的铁磁相与反铁磁相。掺杂使c轴晶格参数从19.2 Å降低至18.3 Å，带隙从1.06 eV增加至1.44 eV，并诱导出共存的磁有序结构，凸显其在自旋电子学与磁性数据存储应用中的潜力。

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.

研究动机与目标

• 研究未掺杂与La掺杂Ti3C2Tx MXene的结构、光学与磁性特性。
• 探讨La+3掺杂对二维MXene晶格参数与电子结构的影响。
• 确定MXene的磁性行为，并识别铁磁与反铁磁相的共存现象。
• 评估掺杂Ti3C2 MXene在自旋电子学与磁性数据存储应用中的潜力。

提出的方法

• 通过共沉淀法合成未掺杂与La掺杂的Ti3C2Tx MXene。
• 采用X射线衍射（XRD）分析测定La掺杂后c轴晶格参数的变化。
• 利用光学吸收数据计算带隙，评估其半导体行为。
• 通过磁性特性表征识别共存的铁磁与反铁磁相。
• 进行结构与电子结构分析，关联晶格膨胀/收缩与掺杂效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 La+3掺杂如何影响Ti3C2 MXene的c轴晶格参数及面内晶格参数？
• RQ2 La掺杂后带隙如何变化，其对MXene半导体特性有何影响？
• RQ3 La掺杂Ti3C2 MXene中共存的磁性相有哪些，其起源是什么？
• RQ4 能否在二维MXene中实验确认铁磁与反铁磁相的共存？
• RQ5 掺杂Ti3C2 MXene在自旋电子学或磁性数据存储应用中具有何种潜力？

主要发现

• La掺杂使未掺杂MXene的c轴晶格参数从19.2 Å降低至18.3 Å。
• 与未掺杂相相比，La掺杂MXene的面内晶格参数出现轻微膨胀。
• 未掺杂MXene的带隙为1.06 eV，La掺杂后增至1.44 eV，表明其半导体特性得到增强。
• 实验结果证实La掺杂Ti3C2 MXene中存在铁磁与反铁磁相的共存。
• 这是首次在二维MXene中报道磁性相的共存现象，表明其在自旋电子学应用中具有潜力。