Dubbellaagse CrBr3 rooster vormt een AB-stapeling. CrBr3 is voorstander van een eenvoudige intralaaganisotropie en een uniaxiale tussenlaaganisotropie, die alleen effectief is op ”A’-plaatsen. Credit: Wetenschapsbulletin (2022). DOI: 10.1016/j.scib.2022.12.009
In tweedimensionale (2D) ferromagneten is anisotropie essentieel voor de magnetische ordening zoals voorgeschreven door de stelling van Mermin-Wagner. Van de recent ontdekte van der Waals-ferromagneten wordt grotendeels aangenomen dat ze uniaxiale anisotropie hebben. Aan de andere kant is honingraatrooster immuun voor magnetische frustratie, zelfs met antiferromagnetische uitwisselingskoppeling vanwege zijn tweedelige eenheidscel.
Vaak genegeerde koppeling tussen lagen kan echter het kritieke gedrag en zelfs de grondtoestand aanzienlijk veranderen. Dit is met name het geval wanneer de uitwisselingsanisotropie tussen de lagen een vergelijkbare grootte en een tegengesteld teken heeft als de anisotropie binnen de lagen. Wanneer dergelijke concurrerende anisotropieën aanwezig zijn, wordt de faseovergang niet triviaal. Het onderzoeken van de faseovergang in 2D-ferromagneten onder concurrerende anisotropieën vereist zeer gevoelige en directe magnetische microscopie en ontbreekt tot nu toe.
Shiyuan Wang en collega’s van Fudan University en medewerkers van Renmin University gebruikten de hoge fluxgevoeligheid van scannende supergeleidende kwantuminterferentieapparaatmicroscopie (sSQUID) bij het onderzoeken van het kritische gedrag van een ferromagnetisch honingraatrooster van de bulk tot 2D-limiet. Ze onderzochten de spincorrelaties van ABC-gestapelde CrBr3 onder nul magnetisch veld. In de dikke monsters zagen ze een piek en een plateaugebied als een functie van temperatuur in gevoeligheid, wat te wijten was aan de concurrentie tussen anisotropieën binnen en tussen de lagen.
De piek- en plateaugebieden werden breder en versmolten met afnemende dikte. Dit bereikte de limiet in de dubbellaag, waar het fluctuatieregime zo breed is als de overgangstemperatuur. Dit gedrag verschilde van zowel de monolaag als de bulk. De evolutie van het kritische gedrag van de bulk naar 2D toonde aan dat de concurrentie tussen de anisotropieën werd vergroot in de gereduceerde dimensie.
Hun waarneming suggereert een gefrustreerde ferromagnetische faseovergang in AB-gestapelde dubbellaagse CrBr3. Het toont aan dat susceptometrie op basis van sSQUID het potentieel heeft om spinfrustratie in 2D-materialen te bestuderen.
De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschapsbulletin.
Meer informatie:
Shiyuan Wang et al, Gefrustreerde ferromagnetische overgang in AB-gestapelde honingraatdubbellaag, Wetenschapsbulletin (2022). DOI: 10.1016/j.scib.2022.12.009
Aangeboden door Science China Press