原文已发表在CPL Express Letters栏目

Received 30 April 2020; 

online 07 June 2020

成功地实现了在Si衬底上外延生长铁磁性MnSn单层，为将磁性单层材料集成到成熟的硅基技术中提供了一个可能的材料平台。

近年来，由于在单层极限下具有奇异的性质和潜在的应用前景，二维磁性材料成为备受关注的研究热点，为下一代尺寸更小、速度更快、能耗更低的自旋电子学器件的实现提供了新的可能。早前，研究人员通过在非磁性二维层状材料中引入缺陷或利用近邻效应来诱导磁性。直到最近，本征的二维铁磁性才在CrI3和Cr2Ge2Te6单层中首次被发现，掀起了层状材料磁性研究的热潮。目前为止，大多数的二维铁磁材料都是通过机械剥离法获得，其厚度和尺寸均不易控制。考虑到外延生长的单层薄膜的表面均匀性、厚度可调性，以及与成熟的硅技术集成的重要性，直接在Si衬底上生长出铁磁性单层薄膜是很有必要的，并且在基础研究和器件应用方面都有重大意义。

最近，南京大学李绍春教授课题组与吴镝教授、孙建教授课题组合作，首次实现在Si衬底上外延生长出单层的铁磁薄膜。该工作利用分子束外延（MBE）技术，在两个原子层厚的Sn/Si(111)-2√3×2√3缓冲层的辅助下，在Si衬底上成功地生长出了单层MnSn薄膜，且薄膜的厚度可调。该合作团队通过扫描隧道显微镜（STM）测量和密度泛函理论（DFT）计算，确定了MnSn单层的晶体结构。不同于以往报道的MnSn块材，这是一种全新的结构。磁性测量（SQUID）结果表明，单层MnSn具有铁磁性，并且易磁化轴位于面内，在54 K左右发生铁磁-顺磁转变；当MnSn的厚度增加到4层时，磁各向异性消失，铁磁转变温度增加到～235 K，如图1所示。

图1.（a）单层MnSn薄膜外延生长在Si衬底上的示意图以及不同温度下的M-H曲线。（b）不同层厚的MnSn薄膜的M-T曲线以及铁磁转变温度（Tc）的大小。

该团队通过引入原子层级缓冲层的方法，成功地在Si衬底上生长出了MnSn单层薄膜，该生长方法值得借鉴。另外，MnSn的厚度可控，且磁性表现出明显的厚度依赖性，为进一步探索和调控二维铁磁性提供了一个新的平台，也为将磁性单层集成到硅基技术中提供了可能性。

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