磁性材料与微纳器件基础及前沿
丛 书 名：
前沿技术书系·信息科学与工程丛书
作 译 者：张颖
出 版 日 期：2026-01-01
书 代 号：TN517510
Ｉ Ｓ Ｂ Ｎ：9787121517518
图书简介：
近年来，2D范德华磁性材料因其层状结构和丰富的量子特性，在自旋电子学和拓扑磁学研究中受到广泛关注。本书系统介绍了2D范德华磁性材料及其异质结器件在磁结构、自旋电子学和电输运等领域的最新进展。全书内容涵盖2D范德华磁性材料的研究现状、核心物理概念、自旋输运与霍尔效应、拓扑磁结构等前沿问题，并结合实验方法和理论模型进行深入解析。书中不仅梳理了2D范德华磁性材料的制备方法和微纳器件的加工工艺，还系统探讨了它们在微纳尺度下的独特物性及其在信息存储与处理器件中的潜在应用。
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图 书 内 容
内容简介
近年来，2D范德华磁性材料因其层状结构和丰富的量子特性，在自旋电子学和拓扑磁学研究中受到广泛关注。本书系统介绍了2D范德华磁性材料及其异质结器件在磁结构、自旋电子学和电输运等领域的最新进展。全书内容涵盖2D范德华磁性材料的研究现状、核心物理概念、自旋输运与霍尔效应、拓扑磁结构等前沿问题，并结合实验方法和理论模型进行深入解析。书中不仅梳理了2D范德华磁性材料的制备方法和微纳器件的加工工艺，还系统探讨了它们在微纳尺度下的独特物性及其在信息存储与处理器件中的潜在应用。图书详情
ISBN：9787121517518开 本：16(170*240)页 数：208字 数：191本书目录
第1章 2D范德华磁性材料概述 1.1 2D范德华磁性材料研究现状 1.2 2D范德华磁性材料的种类 1.2.1 过渡金属卤化物 1.2.2 过渡金属氧卤化物 1.2.3 过渡金属硫族化合物 1.2.4 过渡金属磷硫化合物 1.2.5 过渡金属锗碲化合物 1.2.6 过渡金属铋碲化合物 1.3 2D范德华材料的磁性表征 1.3.1 光学探测技术 1.3.2 电学探测技术 1.3.3 力学检测技术 1.3.4 实空间探测技术 第2章 自旋电子学 2.1 磁阻效应 2.1.1 正常磁阻效应 2.1.2 负磁阻效应 2.1.3 各向异性磁阻效应 2.1.4 巨磁阻效应 2.1.5 隧穿磁阻效应 2.2 反常霍尔效应 2.3 拓扑霍尔效应 2.4 量子霍尔效应 2.5 量子反常霍尔效应 2.6 2D范德华异质结器件研究现状 2.6.1 磁性隧道结 2.6.2 交换偏置效应 2.6.3 磁近邻效应 2.6.4 扭转电子学 第3章 范德华材料的制备 3.1 块体范德华材料的制备 3.1.1 固相反应法 3.1.2 化学气相输运（CVT）法 3.2 少层范德华材料的制备 3.2.1 少层范德华材料的机械剥离 3.2.2 等离子体辅助的机械剥离 3.2.3 Al2O3辅助的机械剥离 3.2.4 金辅助的机械剥离 第4章 范德华异质结器件的制备及表征 4.1 范德华异质结器件的制备 4.1.1 干法转移法概述 4.1.2 拾取法概述 4.2 范德华异质结器件中微纳电极的制备 4.3 样品测试与表征 4.3.1 磁光克尔效应（MOKE） 4.3.2 超导量子干涉仪（SQUID） 4.3.3 综合物性测量系统（PPMS） 4.3.4 低温物性测量系统 第5章 MnPS3/石墨烯范德华异质结中的反常霍尔效应 5.1 引言 5.2 实验部分 5.2.1 MnPS3单晶的制备与性能表征 5.2.2 MnPS3/石墨烯范德华异质结器件的制备 5.2.3 MnPS3/石墨烯器件的电输运测量 5.2.4 MnPS3/石墨烯器件电输运数据分析 5.2.5 MnPS3/石墨烯范德华异质结器件的理论计算 5.3 结果与讨论 5.3.1 MnPS3单晶的结构与磁性 5.3.2 MnPS3/石墨烯异质结器件的结构信息 5.3.3 低温下的纵向电阻率与霍尔电阻率 5.3.4 背栅调控的反常霍尔电阻率 5.3.5 温度决定的正负分量的反常霍尔电阻率 5.3.6 正负分量AHE的起源 5.3.7 AHE机制探讨 5.3.8 AHE机制的理论验证 5.4 本章小结 第6章 CrOCl/单层石墨烯范德华异质结器件中的高载流子迁移率及SdH振荡 6.1 引言 6.2 实验部分 6.2.1 CrOCl单晶的制备和性能表征 6.2.2 单层石墨烯的剥离和异质结器件的制备 6.2.3 CrOCl/单层石墨烯范德华异质结器件的电输运测试 6.3 结果和讨论 6.3.1 CrOCl单晶的结构 6.3.2 CrOCl单晶的磁性表征 6.3.3 单层石墨烯的表征 6.3.4 CrOCl/石墨烯范德华异质结器件的结构信息 6.3.5 纯石墨烯与CrOCl/单层石墨烯异质结器件的电输运测量 6.3.6 栅极电压调控的载流子迁移率 6.3.7 CrOCl提高载流子迁移率的机理 6.3.8 与温度相关的SdH振荡 6.3.9 角度相关的SdH振荡 6.3.10 SdH振荡中本征物理参数的计算 6.3.11 SdH振荡的起源 6.4 本章小结 第7章 反演对称破缺的2D范德华铁磁材料中的拓扑克尔效应 7.1 引言 7.2 实验部分 7.2.1 CrVI6单晶的制备 7.2.2 少层CrVI6样品的制备 7.2.3 CrVI6的电感耦合等离子体-原子发射光谱测量 7.2.4 少层CrVI6的形貌表征 7.2.5 少层CrVI6的磁光克尔表征 7.3 结果与讨论 7.3.1 CrVI6晶体结构及磁性表征 7.3.2 块体CrVI6的XPS表征 7.3.3 少层CrVI6的稳定性 7.3.4 不同厚度的CrVI6磁性 7.3.5 30nm厚度CrVI6磁化强度的温度依赖性 7.3.6 80nm厚度CrVI6磁化强度的温度依赖性 7.3.7 较厚CrVI6中反对称峰的起源 7.3.8 拓扑克尔效应的模型验证 7.4 拓扑克尔效应的讨论与展望 7.5 本章小结 第8章 2D范德华材料Cr1.2Te2中磁临界行为的研究 8.1 引言 8.2 实验部分 8.2.1 块体Cr1.2Te2的制备 8.2.2 块体Cr1.2Te2的XRD及磁性表征 8.3 结果和讨论 8.3.1 块体Cr1.2Te2的XRD及磁性表征 8.3.2 六个通用模型分析 8.3.3 修正阿罗特图 8.3.4 库维尔-费雪方法与威多姆标度 8.3.5 标度假设 8.4 本章小结 参考文献展开前 言
前言 1947年晶体管的发明，标志着信息技术革命的开端，它彻底改变了电子器件的设计和应用方式，也为集成电路的发展铺平了道路。晶体管的出现，使得信息处理和存储的效率大幅度提升，从而推动了全球科技进步与社会变革。自晶体管问世以来，集成电路技术的发展遵循着摩尔定律，计算机的性能随之显著提高。然而，随着集成度的不断增加，晶体管的尺寸逐渐缩小，目前已经接近物理极限，摩尔定律的持续性正面临前所未有的挑战。在过去数十年中，晶体管的尺寸缩减虽然带来了显著的性能提升，但同时也伴随着功耗增加、散热困难等问题。随着器件的微缩，功耗的增加导致了“热壁垒”，即器件散发的热量难以有效排出，这制约了晶体管尺寸的进一步缩小。此外，晶体管尺寸的减小引发了“量子壁垒”，即量子效应开始在纳米尺度下显现，传统的经典物理学已不足以解释和控制这些效应。量子隧穿效应、电子自旋等现象在超小尺度下变得不可忽视，从而影响了晶体管的稳定性和可靠性。 面对这些技术瓶颈，科学家们意识到传统硅基材料和技术路线已难以满足未来信息技术对性能、效率和能耗的需求。因此，科研界开始从传统的半导体材料体系和研究方向转向新型材料和技术体系，期望通过创新来打破现有的物理极限。二维范德华材料（2D van der Waals Materials）就是其中一种备受关注的新型材料。2D范德华材料是一类具有原子级厚度的材料，因其独特的物理、化学性质而展现出巨大的应用潜力。石墨烯的发现是2D范德华材料研究领域的里程碑，开辟了探索其他2D范德华材料的广阔前景。2D范德华材料因其层内强相互作用和层间弱范德华力的特点，能够轻易解离成单层或少层结构，这些少层结构具有光滑的表面且无悬挂键，因此能够自由组合并堆叠，形成各种异质结结构。这种灵活的结构设计使得2D范德华材料在电子器件开发中具有巨大的潜力。例如，基于2D范德华材料的隧道场效应管（TFET）因其优异的载流子隧穿特性，有望成为下一代低功耗高性能器件。此外，通过精确调控2D范德华材料的堆叠方式和异质结结构，能够实现对材料物理、化学性能的优化，使其更适应未来集成电路对高集成化、高效率化的要求。2D范德华材料的这种灵活性为设计新型功能器件提供了无限可能，不仅在传统的电子器件领域显示出巨大的优势，还在新兴的量子计算、自旋电子学等前沿领域具有广阔的应用前景。 在2D范德华材料的研究浪潮中，2D范德华磁性材料的问世引发了广泛关注。传统的电子器件主要依赖于电子的电荷属性来实现信息处理和存储，而2D范德华磁性材料通过引入电子的自旋属性，提供了额外的自由度。这使得基于自旋电子学的器件能够在不增加功耗的情况下，显著提高信息处理的效率。例如，自旋晶体管、自旋阀等自旋电子学器件已经展现出在高密度存储、低能耗计算中的巨大潜力。利用电子的自旋特性，不仅能够提升器件的性能，还能够有效应对传统器件面临的热壁垒和量子壁垒问题。然而，尽管2D范德华材料在器件开发中展现了巨大的应用前景，现有材料体系和制备技术仍存在一定的局限性。例如，如何提高2D范德华材料的制备效率、降低生产成本，以及如何在大规模集成电路中实现2D范德华材料的应用，仍是当前面临的重大挑战。此外，2D范德华材料的物理性质在不同层数和堆叠方式下表现出显著差异，因此如何精确控制这些参数以实现最佳器件性能，也是研究者们亟待解决的问题。 为了推动2D范德华材料在信息技术中的应用，科学家们不仅在现有的2D范德华材料体系上不断优化和创新，还积极探索全新的材料种类。例如，通过引入外部掺杂、应力调控等手段，科学家们能够进一步调控2D范德华材料的磁性、电子结构，从而拓展其在自旋电子学、光电器件等领域的应用。此外，随着实验技术和计算模拟方法的进步，越来越多的新型2D范德华磁性材料被预测和合成，为未来信息技术的发展提供了更多可能性。因此，优化现有2D范德华材料、开发新型2D范德华磁性材料，对于实现更高效、更低功耗的信息存储和处理具有深远意义。在未来的研究中，随着新型材料体系的不断涌现和技术的逐步成熟，2D范德华材料有望在突破摩尔定律限制、推动信息技术革命中发挥关键作用。这不仅将为解决当前的技术挑战提供新思路，也将为未来信息技术的发展奠定坚实基础。 张颖展开作者简介
张颖博士，淮南师范学院电子工程学院讲师，主要从事2D范德华材料、范德华异质结器件电输运等方向的研究工作，具有丰富的教学与科研经验，近年来以第一作者(含共一)身份在Nature Physics、Nanoscale、ACS Applied Nano Materials等期刊上发表论文13篇，主持中国博士后面上项目一项，横向研发课题两项，省重点实验室开放课题一项。 -
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