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二维(2D)磁绝缘体是具有长程磁序的电绝缘材料，可用于制造紧凑型磁电或磁光器件。然而，迄今为止，通过电气手段有效且可靠地控制这些原子级薄磁体的特性已被证明是极具挑战性的，因为材料的电荷水平通常无法在很大程度上进行调整，并且它们的晶体场无法使用外部电场显着改变。
马里兰大学的研究人员及其合作者最近设计了一种新策略，可用于有效控制二维磁绝缘体。这种策略在NatureElectronics的一篇论文中有所概述，它依赖于使用可以调节2D材料磁响应的薄铁电聚合物。
“谈到电子设备，人们主要追求更小的外形尺寸(与更高的集成密度有关，这意味着可以在芯片的单位面积/体积上集成更多的设备)、更低的能耗和更高的性能，”该研究的首席研究员ChengGong告诉TechXplore。
“二维材料是原子级的薄，因此它们在小尺寸方面自然具有优势。如果我们可以使用小电压来控制磁态，这意味着低能耗。如果这种控制可以是非易失性的，那将非常适合存储设备(即在关闭电源后，信息可以保留在内存中而不会消失)。”
Gong及其同事最近工作的一个主要目标是探索铁电薄膜可用于以非易失性方式控制二维磁体特性的可能性。鉴于此类薄膜很薄，并且可以通过向其施加小电压以非易失性方式进行调制，该团队希望它们能够实现原子级薄二维磁绝缘体的低电压、非易失性控制。
为了验证这一假设，他们基本上将铁电薄膜放在二维磁体薄片的顶部，然后对其施加电压。在他们的实验中，他们专门使用了二维磁性绝缘体碲化铬锗(Cr2Ge2Te6)和铁电聚合物P(VDF-TrFE)。
“铁电材料是那些具有固有电偶极子的材料，”龚解释道。“在铁电材料中，正负电荷并不集中在同一位置，因此正电荷和负电荷之间会建立电偶极子。一旦施加相反符号的小电压，正电荷和负电荷的位置就可以互换来回。这两种铁电结构可以不同地影响二维磁体的特性。”
这组研究人员进行的初步测试产生了非常有希望的结果，因为他们提出的策略能够通过施加小(5V)电压实现对2D磁绝缘体的铁电控制。他们使用的二维磁铁是铁磁体，而他们使用的聚合物是铁电体;因此，他们最终产生了他们所说的多铁系统。
Gong和他的同事是全球第一个展示二维磁体非易失性电气控制的团队。未来，他们引入的新策略可以为新型节能自旋电子存储器和逻辑器件的开发提供信息。
“这些材料的结构背后有许多基本的物理过程，而且还有很大的空间来进一步提高最终设备的性能，”Gong补充道。“通过将这些设备引入其他研究领域，我们可以实现跨学科的发展，从而创造出颠覆性设备，例如用于疾病早期检测的生物传感器，或用于腐败/新鲜度监测的食品传感器。”
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