La figura muestra la heteroestructura de van der Waals (vdW) de G / FL-CrI3 / Gr (G:grafeno, FL:pocas capas, CrI3:yoduro de cromo (III), Gr:grafito) utilizado en el estudio de microscopía de efecto túnel (STM). (a) La ilustración esquemática y (b) la imagen óptica del montaje experimental. La muestra consiste en grafeno monocapa que cubre el apilado FL-CrI3 sobre escamas de grafito (G / FL-CrI3 / Gr). (c) La estructura atómica de la monocapa CrI3 (vista superior). Las imágenes STM dependientes del sesgo de G / FL-CrI3 / Gr muestran la red de grafeno (d), tomada a Vs =-0,3V y (e) red de CrI3, tomada a Vs =2.5V con estructura atómica superpuesta de monocapa CrI3 (I los átomos en el plano atómico inferior se eliminan para mayor claridad). Crédito: Comunicaciones de la naturaleza
Los científicos de NUS han demostrado un enfoque general para caracterizar la estructura atómica y las propiedades electrónicas y magnéticas de los aislantes magnéticos bidimensionales (2-D) utilizando microscopía de túnel de barrido.
El reciente descubrimiento de imanes 2-D y el desarrollo de la ingeniería de heteroestructura de van der Waals (vdW) ofrecen oportunidades sin precedentes no solo para explorar la apasionante física del magnetismo en dimensiones reducidas, sino también para desarrollar dispositivos espintrónicos de nueva generación para aplicaciones de tecnología cuántica. Otros desarrollos en esta área implican la comprensión a nivel atómico de las propiedades electrónicas y magnéticas de los imanes 2-D y sus heteroestructuras. Desafortunadamente, la aplicación directa de técnicas convencionales de microscopía de túnel de barrido (STM) para aprender más sobre las propiedades del material no funciona bien para los aislantes magnéticos bidimensionales. Las imágenes STM se basan en el efecto de túnel cuántico, mediante el cual los electrones forman un túnel desde la punta atómicamente afilada hasta las muestras conductoras o viceversa. No se puede aplicar al estudio de materiales aislantes a granel ya que no existe una ruta conductora.
Un equipo de investigación de NUS dirigido por el profesor Jiong Lu del Departamento de Química, NUS ha demostrado la aplicación de STM para estudiar yoduro de cromo (III) antiferromagnético aislante (CrI 3 ) cristales incorporándolos con heteroestructuras de vdW basadas en grafeno (ver Figura). Este trabajo es en colaboración con el profesor Kostya S. Novoselov del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, NUS. Su técnica amplía la capacidad de STM al permitirle estudiar materiales aislantes para obtener información sobre el orden magnético en imanes 2-D.
Al tapar el material en estudio con una sola capa de grafeno, el equipo de investigación puede obtener el orden de apilamiento y el acoplamiento magnético entre capas del CrI exfoliado 3 que tiene unas pocas capas de espesor mediante el uso de imágenes STM en condiciones de baja temperatura. También identificaron la estructura magnética y demostraron que las imágenes STM pueden distinguir entre las estructuras ferromagnéticas y antiferromagnéticas de CrI. 3 (pocas capas de espesor). Esto se debe a la peculiar interacción de los estados magnéticos con el grafeno superpuesto.
El profesor Lu dijo:"Nuestro enfoque es de naturaleza general, y representa un gran avance en el campo de la caracterización a escala atómica de la estructura atómica, propiedades electrónicas y magnéticas de varios aisladores magnéticos y sus heteroestructuras vdW. Puede facilitar el desarrollo de aisladores magnéticos 2-D para dispositivos espintrónicos de próxima generación.
