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1. 研究目的与意义（文献综述）
自从 2004 年 a.geim 和 k.novoselov 首次成功解离得原子 层厚度的石墨烯以来。随之也让人们看见当维度的降低，材料的电子被限制在二维平面时它所表现出有趣的电子性质。同时，由于强烈的面内共价键和原子层厚度，二维材料表现出出色的机械强度、柔性、光学透明度和极大的比表面积。这些优秀性能让其拥有巨大的发展潜力和应用前景，也使得越来越多的人关注这一领域。比如石墨烯、过渡金属硫族化合物 （tmds） 、g-c3n4以及 iv-v 族二元化合物材料。但目前研究 的二维材料基本都是本征无磁的。
根据 mermin-wagner（m-w）定理，有限温度下各向同性 海森堡模型中的二维磁有序是不能稳定存在的。2017 年，徐晓 栋课题组在《自然》发表了关于单层 cri3的研究工作，首次在 实验上证实了本征二维长程磁有序的存在。故要想获得稳定的二维磁性，首先就是要实现材料的磁各向异性。为在二维材料中实现磁性，第一种是缺陷诱导，比如在gese中通过空穴可以 引入磁性；第二种是直接引入磁性元素代替无磁性二维材料中的原子来引入原子净磁矩；还有一种是通过磁近邻相互作用，将二维材料放在磁性基片上在无磁性二维材料中诱导出磁性。但以上方法，都难以在材料中都难以在材料中产生长程的铁磁有序。层状范德瓦尔斯磁性晶体体现出其优势，自旋涨落非常强的磁性范德瓦尔斯材料本身就有磁性，从而完美解决了上述问题。本征二维磁性材料在无论是性质还是应用上，都与传统磁性薄膜或者非磁性二维材料有所区别，大多数二维磁性材料可与衬底相分离，且具有结构柔韧性、化学基团可修饰性和门电压可调控磁性等优点，这都要归因于其维数、相关性、电荷、 轨道特性等的相互作用。
目前二维磁性材料可大致分为三类：二维铁磁半导体、二 维反铁磁材料和二维铁磁金属。单层cri 3便具有铁磁半导体的 特性，居里温度略低于其他材料的,这可能和层间耦合作用变弱 相关。在之后研究中发现，双层cri3 是反铁磁材料，层间磁性 交换作用为反铁磁交换耦合，并且在电场和磁场的共同作用 下，可以在双层 cri 3 中实现门电压可控的反铁磁态和铁磁态的 相互转化。二维反铁磁材料由于宏观净磁矩是零，所以相较于铁磁材料应用上比较局限。但其磁响应频率处于太赫兹波段且不产生杂散场，使其未来在高速低功耗器件应用方面有前景。 目前 feps3被实验证实是ising 反铁磁体，单层具有2.18ev带隙。 vse2 作为一种铁磁金属材料，且具有较强的磁晶各向异性，和 极高的电导率（ 610 s/ m），相较于其他二维导体材料高出 1 至 4 个数量级。此外，作为顺磁材料的体相 vse2在单层时却表现为 铁磁性，这也说明了降低维度和削弱层间耦合可能会完全改变 材料的磁学性质。 随着大量二维磁性材料的成功制备，及其在自旋电子学，纳米电子器件等方面的巨大潜力，调制二维磁性材料的物理性 质 非常重要的工作，来适用于不同的应用领域中。
2. 研究的基本内容与方案
基本内容与目标： 层状范德瓦尔斯材料在稀释到单分子层时，其性能表现出强烈的变化，包括从间接带隙向直接带隙过渡，多体量子临界的变化，多体状态的场可调性。故具有可控磁性和电性的二维材料有望在量子器件中获得广泛应用。材料基本上可通过两种途径进行调制。首先是材料可能有不同的电子结构，晶体结构的多样性为控制材料结构控制电子结构提供基本途径。其 次，电子结构也受到尺寸和晶格尺寸的影响。例如，块状 MoS2 是间接带隙半导体，而单层 MoS2是直接带隙半导体。 目前操纵磁性能的一个有希望的途径是利用弹性应变工 程，它允许人们通过简单地应用弹性应变 来控制材料的电子 和磁性能，大弹性应变很少存在于体材料中，因为它们容易被位错塑性或断裂松弛，但是在纳米材料中塑性和断裂被大大延 迟，从而使得弹性应变的动态范围更大。此外，由单层 CrI3在 垂直电场作用下的巨大结构响应，表明部分二维磁性材料的磁 性能可以通过电场控制。 本文目标就研究典型二维磁性材料的能带结构、态密度、导电性以及磁矩分布，探究磁性质的微观机制，讨论关于电场、应变力等手段对于材料物理性质的调控，并发现可能的新手段 实现调控，为新的二维磁性材料的制备提供理论指导。
技术方案与措施： 选取具有 CrXTe3(X=Si,Ge),CrI3,Fe3GeTe2,FePS3,MnPS4， VSe2等这些主要研究的材料，分析其磁性质以此才了解其物理 性质的微观机制，找到合适的调控手段。
3. 研究计划与安排
第 4-5 周：确定课题研究的基本路线，整理典型二维磁性材料 的能带结构、态密度、导电性以及磁矩分布情况；
第 6-8 周：对于一些外加电场、应变力等其他调控下的二维磁 性材料进行整理，总结调控的微观机制；
第 9-10 周：分类总结文献资料；
4. 参考文献（12篇以上）
[1] chen x f, qi j s, and daning s. strain-engineering ofmagnetic coupling in two-dimensional magnetic semiconductor crsite3:competition of direct exchange interaction andsuperexchange interact ion. physics letters a,2015,379,1-2:60-63.
[2] huang b, clark g, navarror-moratalla, et al. layer-dependent ferromagnetism in a van der waals crystal down to the monolayer limit. nature,2017,546(7657),270.
[3] sivadas n, daniels m w, swendsen r h,et al.magnetic ground state of semiconducting transition-metal trichalcogenidemonolayers. physical reviw b,2015,91(23):7071-7076.
