国仪量子 SNVM 助力揭示半导体 MnS₂ 室温铁磁性

近日，南京理工大学闵二军教授、万逸副教授与中国科学院半导体研究所王开发教授课题组在二维铁磁半导体研究领域取得重要突破。研究团队利用国仪量子扫描 NV 探针显微镜（SNVM）成功揭示了半导体 MnS₂ 的室温铁磁性，相关成果以“Experimental Evidence of Room-Temperature Ferromagnetism in Semiconducting MnS₂"为题，发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。

研究背景

二维铁磁半导体的发现为推进摩尔定律和自旋电子学在存储计算中的应用带来了巨大的希望，这引发了人们的极大兴趣。然而，所探索的二维铁磁半导体的居里温度远低于室温。尽管已经从理论上预测了大量的二维室温铁磁半导体，但在制备具有有序结构和高稳定性的亚稳态材料方面仍存在巨大挑战。

研究方法与主要发现

在此研究中，利用一种新的模板辅助化学气相沉积（CVD）策略，作者在 ReS₂ 模板内合成了层状 MnS₂ 微结构。高分辨率原子结构表明，单层 MnS₂ 微结构很好地结晶为畸变的 T 相。观察到的光学带隙和载流子迁移率随温度的增加证实了半导体特性。本研究通过综合采用振动样品磁强计（VSM）和电学输运测试，并结合国仪量子的 SNVM 进行微区磁成像，证实了 MnS₂ 室温铁磁性。电输运特性揭示了单层样品中存在反常的霍尔电阻成分。理论计算表明，室温铁磁性源于 Mn–Mn 短程相互作用。这项研究不仅提供了层状 MnS₂ 本征室温铁磁性的实验证实，还为二维亚稳态功能材料的生长提供了一种创新策略。

总之，这项研究工作取得了两个突破：（i）在二维半导体 MnS₂ 单层中实验证现了本征室温铁磁性，解决了半导体—磁性冲突；（ii）模板辅助 CVD 策略能够实现亚稳态铁磁微结构的可扩展合成。这些进展使 MnS₂ 成为二维自旋电子学的模型平台，并为低维磁性材料的工程设计提供了一种可行的方法。

国仪量子扫描 NV 探针显微镜在此次研究中的高精度微区磁成像能力，为揭示 MnS₂ 的磁性特性提供了关键支持，彰显了国产科学仪器在前沿研究中的重要作用。这项突破性工作不仅推动了二维材料领域的发展，也为自旋电子学和下一代存储技术提供了新的可能性。

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