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二维磁性材料性质与纳米器件研究:一位地方二本院校青椒的研究故事

已有 2345 次阅读 2020-11-5 12:03 |系统分类:科研笔记

本人20127月毕业于中科院宁波材料所,本来已经联系好美国佐治亚理工学院的博士后岗位,结果对方在9月份告知我没经费了,正好当时本人老家的衢州学院在大力招博士,待遇也还可以。我和导师商量了一下,我们做材料计算研究的对仪器设备要求不算太高,可以租用一些高性能计算机服务器,考虑到也是自己家乡,于是就带着女朋友(现在的妻子)回到衢州学院教大学物理。

20131月开始上班,当时学校只有两位物理老师,每个人的课时都很多,最高达18节课每周。没办法,单位还在招人嘛,就辛苦一下了。当年大女儿出生,于是妻子就专门在家带孩子。在月子里,我早上烧好热水,出门上课,妻子一人在家休息,中午我去超市买菜,回家匆忙做饭,两个人硬是在没有任何外人的帮助下把孩子养大了。除了教学与生活,我开始寻找自己的科研方向。研究生期间,我花了很多时间研究高效的储氢材料,结果发现这个课题很困难,要想提高储氢率,又能轻易释放氢气,高比表面积的纳米材料是首选,于是开始关注二维材料。当时实验中制备出来的一类MXene材料引起了我的注意。于是,我先开始研究这类材料的结构与电子特性。研究发现:MXene表面金属(Ti为例)活性极强,水分子在其表面会直接被离解形成O原子,于是MXene表面通常覆盖有OOH。由于工作实在太忙,就匆忙写了一篇文章投稿《物理化学学报》。[Adsorption Activities of O, OH, F and Au on Two-Dimensional Ti2C and Ti3C2 Surfaces. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (2), 369-376]。没想到,这篇中文文章竟被引用了20(谷歌学术数据)

2016年,孩子也长大了,工作环境稍微好些。我开始关注MXene的磁性。我利用第一性原理方法与平均场近似的方法研究发现CrMXene中存在一些铁磁结构,并且计算得到居里温度高达500K。非常令人惊讶。理论计算在这方面的偏差会有些大,实际居里温度估计会小一些,我们后来采用蒙特卡洛方法模式这些材料的居里温度。当时,没多想,直接把文章投稿到Applied Physics Letters,没想到,3个审稿人一致认为该工作很有意义,只是其中一位对我们计算计算居里温度的方法有疑惑,要我们做了一些修改。最后顺利发表[Tunable electronic and magnetic properties of Cr2M'C2T2 (M' = Ti or V; T=O, OH or F). Applied Physics Letters 2016, 109 (20), 203109.]。今年查看了一下引文,引用次数一般,37(谷歌学术数据)。但仔细阅读了一下各引文,发现有很多国际大牛在引用这篇文章,并对我们极早发现高居里温度的二维磁性材料表示认可。后来2017年《Nature》杂志连续两次报导了Cr基二维磁性材料的实验发现。我们才意识到,当时我们的这个工作具有一定意义。

后来,我们继续探索这类二维磁性材料的应用价值。想到的当然是弹性形变对其磁性的影响。我们对这些二维CrMXene引入应力,发现大部分情况下,应力可以引起铁磁-反铁磁相变。[Tuning magnetic properties of Cr2M2C3T2 (M = Ti and V) using extensile strain. Computational Materials Science 2017, 139, 313-319]。我们进而利用这类材料设计自旋阀。研究发现单层Cr2TiC2F2的磁阻比可以达到400%,是一类超薄的自旋阀。[High magnetoresistance in ultra-thin two-dimensional Cr-based MXenes. Nanoscale 2018, 10, 19492-19497]。后来,我们又把两层Cr2NO2堆积起来,其自旋阀的磁阻比达到了9333%,并且只需要15mV的电压。可以说是非常理想的自旋阀了。文章总算顺利,投稿Cell出版社旗下子刊《Matter》,居然接收了。[Rationally designed high-performance spin-filter based on two-dimensional half-metal Cr2NO2. Matter 2019, 1 (1), 1304-1315]。当时,主编对实验验证非常关心。当时,这些研究暂时还未能得到实验的支撑,希望能在后续的工作中多与其他实验团队合作。附上自己这方面的一些文章原文供大家参考,欢迎同行直接加我交流研究细节。微信号(yang18805703257)

总结了一下,年青博士刚开始工作与生活总是很辛苦。家庭、科研、教学等会压得我们喘不过气。然而,只要我们认真对待,选好方向,坚持不懈,同时也要随机应变,积极提高工作效率,终会得到社会的认可的。现在,也开始明白“服务社会”的含义了。



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1 郭嘉琳

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