Two-dimensional itinerant ferromagnetism in atomically thin Fe3GeTe2

铁磁性 凝聚态物理 磁性 自旋电子学 居里温度 材料科学 范德瓦尔斯力 单层 各向异性 磁各向异性 伊辛模型 磁化 物理 纳米技术 磁场 量子力学 分子
作者
Zaiyao Fei,Bevin Huang,Paul Malinowski,Wenbo Wang,Tiancheng Song,Joshua J. Sanchez,Yao Wang,Di Xiao,Xiaoyang Zhu,Andrew F. May,Weida Wu,David Cobden,J.-H. Chu,Xiaodong Xu
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:17 (9): 778-782 被引量:944
标识
DOI:10.1038/s41563-018-0149-7
摘要

Discoveries of intrinsic two-dimensional (2D) ferromagnetism in van der Waals (vdW) crystals provide an interesting arena for studying fundamental 2D magnetism and devices that employ localized spins1-4. However, an exfoliable vdW material that exhibits intrinsic 2D itinerant magnetism remains elusive. Here we demonstrate that Fe3GeTe2 (FGT), an exfoliable vdW magnet, exhibits robust 2D ferromagnetism with strong perpendicular anisotropy when thinned down to a monolayer. Layer-number-dependent studies reveal a crossover from 3D to 2D Ising ferromagnetism for thicknesses less than 4 nm (five layers), accompanied by a fast drop of the Curie temperature (TC) from 207 K to 130 K in the monolayer. For FGT flakes thicker than ~15 nm, a distinct magnetic behaviour emerges in an intermediate temperature range, which we show is due to the formation of labyrinthine domain patterns. Our work introduces an atomically thin ferromagnetic metal that could be useful for the study of controllable 2D itinerant ferromagnetism and for engineering spintronic vdW heterostructures5.
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