自2004年石墨烯被发现以来，对二维材料的研究开始进入科学家的视野。迄今为止，科研人员已经发现了包括绝缘体、半导体、金属等至少几十种性质截然不同的二维材料。日前，我系张远波教授团队在二维磁性材料领域取得重大突破——发现了一种新型的磁性二维材料Fe₃GeTe₂，为研究二维巡游磁性提供了一个全新的理想体系。此外，通过锂离子插层调控，研究团队在Fe₃GeTe₂薄层中获得了室温以上的铁磁转变温度，为未来基于这种材料研发超高密度、栅压可调且室温可用的磁电子学器件提供了新的可能性。

10月22日（伦敦时间），该研究以《二维铁锗碲中栅压调控的室温铁磁性》（“Gate-tunable Room-temperature Ferromagnetism in Two-dimensionalFe₃GeTe₂”）为题发表于国际顶级学术期刊《自然》（Nature）。我系教授张远波为论文通讯作者，我系2016级博士生邓雨君、博士后於逸骏为论文的共同第一作者。
    一种新材料：新型的磁性二维材料Fe₃GeTe₂

伴随着单原子层的石墨材料——石墨烯被成功分离出来，二维材料的概念被正式提出来。仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。作为二维材料的石墨烯，与之对应的母体材料就是石墨，即二维材料依靠层间范德瓦尔斯相互作用堆积而成的层状材料。自上世纪70年代起，层状材料就由于电荷密度波、超导、锂电池等领域的研究颇受关注。把层状材料中的最小单元——一个单层——制备出来进行研究，就好比我们打开一本书仔细研读其中的某一页。对于二维材料的深入研究，不仅很有可能帮助我们揭开这些层状母体材料的谜团，还可能使我们发现蕴藏于其中的不存在于三维体系中的物理。更重要的一点是，二维材料的所有原子都暴露在表面上，没有被藏起来的“体”的部分，相比于三维体材料而言更容易被调控。

近几年，磁性二维材料成为了新的研究热点。最新的相关研究中，研究人员采用了绝缘的层状磁性材料Cr₂Ge₂Te₆和CrI₃作为研究对象，利用光学的手段探测到了材料中的二维磁性。但这些材料都是绝缘的，而且铁磁转变温度远低于室温，在电子学器件的制备和应用上有很大的阻碍。

在前人研究的基础上，张远波团队采用了金属性的层状材料作为研究对象，经过两年的摸索、长达一年的不断实验，最终得到了一种新型的二维磁性材料Fe₃GeTe₂。张远波团队实验发现，单层的Fe₃GeTe₂在低温下仍具有铁磁长程序以及面外磁各向异性。更为重要的是，张远波团队利用他们自己发展的技术，用锂离子插层Fe₃GeTe₂薄层，使得样品的铁磁转变温度提高到室温以上，为未来该材料制作电子器件提供了可能。

一种新思路：新的样品解理方法

在二维材料领域里，传统的胶带解理方法是一种常用的解理层状材料制备单层的方式。十多年来一直为学界沿用的胶带解理法，非常有效，但是也非常简单原始，有着难以避免的缺陷。用这种方法可以解理的材料少、解理能力有限。对于科研团队来说，要想得到所研究的二维磁性材料单层，甚至进一步拓展到其他许多未知的二维材料，突破传统方法探索新路径是必由之路。

经过艰难摸索和不断尝试，张远波团队最终发展了一种新的样品解理方法——利用氧化铝和Fe₃GeTe₂之间强的粘附性以及较大的接触面积来制备单层样品。这种方法制备效率高，解理能力强，还将为有效解理与Fe₃GeTe₂解理难度类似的其他层状材料提供新的方法和研究思路。正是新的解理方法的发现，才使得科研团队能够进一步研究这种磁性二维材料的电输运性质。

a：单层Fe₃GeTe₂的原子结构。

b：利用氧化铝的新型机械解理法示意图。

c：Fe₃GeTe₂关于厚度和温度的相图。

d：Fe₃GeTe₂薄层的室温磁性。

据张远波介绍，本次研究发现的新型的磁性二维材料Fe₃GeTe₂，将为科学家们未来基于这种材料研发超高密度、栅压可调且室温可用的磁电子学器件提供一种可能，而新发现的二维材料解理方法将为未来二维材料的研究拓展新思路。

“基础研究并不是以应用为导向，而是探索各种可能性。新的材料、新的物性，都是我们研究的出发点。”张远波说。对研究团队而言，未来还有着更多的可能性等待他们去发现、探索。