本网讯（物理与光电工程学院）近日，安徽大学物理与光电工程学院田明亮教授团队与中国科学技术大学陆亚林教授以及清华大学李正操教授等团队合作，利用离子液体门电压进行质子掺杂，实现了对二维单层氧化物(SrRuO3)1/(SrTiO3)N (N = 1, 3)磁、电性能的电场可逆调控。相关研究成果以“Electric-field control of reversible electronic and magnetic transitions in two-dimensional oxide monolayer magnets”为题，在自然科学综合类顶级期刊《Science Bulletin》上在线发表(DOI: org/10.1016/j.scib.2023.06.038)。安徽大学王国鹏副教授为论文的第一作者和通讯作者，清华大学张莹莹助理研究员、中国科学技术大学崔璋璋特任副研究员和安徽大学田明亮教授为论文的共同通讯作者。
图：(a)电场调控示意图。(b-d)质子门电压实现磁、电性能调控。
具有原子层厚度的氧化物磁性材料拥有将二维磁性应用到下一代自旋电子学新兴领域的巨大潜力，引起了研究者的广泛关注。因此，实现二维单层氧化物磁、电性能的磁场和电场调控，为未来低功耗自旋电子器件提供了广阔应用前景。二维磁性材料表现出的层数依赖磁性以及在单原子层保持自发磁化等量子特性对研究低维磁性以及开发新一代自旋电子学器件具有重要的科学意义。其中，二维单层氧化物相对于范德瓦尔斯层状材料具有大面积以及空气稳定等优点，吸引了科研工作者广泛兴趣。实现二维单层氧化物材料实际应用的关键是如何对其磁、电性能进行调控。针对这些问题，该工作利用离子液体门电压技术，实现了对二维单层氧化物(SrRuO3)1/(SrTiO3)N (N = 1, 3)磁、电性能的电场可逆调控。随着质子掺杂浓度提高，在(SrRuO3)1/(SrTiO3)1中观察到了从铁磁金属到反铁磁绝缘态相变，并伴随着磁各向异性的转变。理论分析表明，质子掺杂引起的能带结构改变是结构以及磁、电性能相变的主要原因。同时，SrTiO3层可以起到质子筛作用，在质子的演化过程中扮演重要角色。该研究通过电场调控二维单层氧化物的结构和物性，为实现材料的多功能性提供了重要思路，同时也为实现低功耗功能器件提供了应用潜力。