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Phase-pure two-dimensional FexGeTe2 magnets with near-room-temperature TC

材料科学 磁铁 自旋电子学 铁磁性 三元运算 居里温度 薄脆饼 化学气相沉积 光电子学 凝聚态物理 纳米技术 电气工程 计算机科学 物理 工程类 程序设计语言
作者
Govindan Kutty Rajendran Nair,Zhaowei Zhang,Fuchen Hou,Ali Abdelaziem,Xiaodong Xu,Steve Wu Qing Yang,Nan Zhang,Weiqi Li,Chao Zhu,Yao Wu,Heng Weiling,Lixing Kang,Teddy Salim,Jiadong Zhou,Lin Ke,Junhao Lin,Xingji Li,Weibo Gao,Zheng Liu
出处
期刊:Nano Research [Springer Nature]
卷期号:15 (1): 457-464 被引量:26
标识
DOI:10.1007/s12274-021-3502-0
摘要

Two-dimensional (2D) ferromagnets with out-of-plane (OOP) magnetic anisotropy are potential candidates for realizing the next-generation memory devices with ultra-low power consumption and high storage density. However, a scalable approach to synthesize 2D magnets with OOP anisotropy directly on the complimentary metal-oxide semiconductor (CMOS) compatible substrates has not yet been mainly explored, which hinders the practical application of 2D magnets. This work demonstrates a cascaded space confined chemical vapor deposition (CS-CVD) technique to synthesize 2D FexGeTe2 ferromagnets. The weight fraction of iron (Fe) in the precursor controls the phase purity of the as-grown FexGeTe2. As a result, high-quality Fe3GeTe2 and Fe5GeTe2 flakes have been grown selectively using the CS-CVD technique. Curie temperature (TC) of the as-grown FexGeTe2 can be up to ∼ 280 K, nearly room temperature. The thickness and temperature-dependent magnetic studies on the Fe5GeTe2 reveal a 2D Ising to 3D XY behavior. Also, Terahertz spectroscopy experiments on Fe5GeTe2 display the highest conductivity among other FexGeTe2 2D magnets. The results of this work indicate a scalable pathway for the direct growth and integration of 2D ternary magnets on CMOS-based substrates to develop spintronic memory devices.
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