一个国际研究团队在极薄的磁性材料研究中取得新突破，发现一种仅有三个原子厚的二维范德华磁体，其衬底的邻近效应可改变磁化方向(易磁轴)，这一发现为下一代自旋电子器件设计带来新策略。
(a) FeCl₂/Bi单层异质结构的示意图。(b) FeCl₂单层在Bi(111)衬底上的STM图像。(c) FeCl₂单层和双层薄膜在Bi(111)衬底上的XMCD磁化曲线。磁序示意图位于右下角。(d) FeCl₂单层在Bi(111)衬底上的ARPES能带散射图。(e) FeCl₂单层在Bi(111)衬底上的费米面。费米面示意图位于(e)的下半部分，其中星形图案根据布里渊莫尔条纹重复出现，ARPES观测到的强信号区域用粗曲线突出显示。(f) 强键方法计算的费米面。
二维范德华材料极其薄，仅由几个原子层构成，其中二维范德华磁体因在下一代自旋电子器件中的潜在应用备受关注，各种新型二维范德华磁体及其物理性质正被积极探索。二维范德华材料可堆叠构建范德华异质结构，这些人工材料通过界面处的邻近效应相互作用，展现出新颖物理性质。不过，此前二维磁体对相邻非磁性材料的邻近效应研究较多，非磁性材料对二维范德华磁体的邻近效应研究较少。
此次，由大阪大学寺川茂美博士、洛桑技术学院刘彬彬先生、苏黎世大学Titus Neupert教授、马克斯·普朗克微结构物理研究所Stuart SP Parkin教授和Niels BM Schröter教授以及瓦伦西亚大学Amilcar Bedoya - Pinto博士领导的研究团队发现，二维范德华磁体中的磁化优先方向(易磁轴)可通过衬底的邻近效应改变。
研究聚焦于氯化亚铁(FeCl₂)，其宏观晶体形式是层状反铁磁体。研究人员利用分子束外延技术，在铋衬底上成功制备超薄的FeCl₂外延薄膜。在ALBA BOREAS光束线和SOLEIL同步辐射DEIMOS光束线上进行的X射线磁圆二色性(XMCD)测量显示，FeCl₂单层的易磁轴重新取向为主要沿面内方向，与块状FeCl₂的面外磁各向异性相反，且这种重新取向在FeCl₂双层中消失，易磁轴恢复固有的面外取向。
这种磁各向异性的重新取向并非源于单层薄膜厚度，而是铋衬底的邻近效应所致。因为生长于金衬底上的FeCl₂薄膜单层内部，面外易磁化轴依然存在，这是首次实验证明非磁性材料可诱导二维范德华磁体中磁各向异性重新取向。
此外，利用Max IV Bloch光束线上的角分辨光电子能谱(ARPES)研究揭示了FeCl₂单层与铋表面之间的电子界面态。对费米面的详细分析表明，这些界面态源于铋表面态，受电荷转移和FeCl₂顶层形成的莫尔势影响。紧束缚计算显示，这些界面态呈特征性的三叶草形状。
这些结果表明，二维范德华磁体与非磁性衬底间的邻近效应会显著影响其磁性和界面电子态，为未来设计基于二维范德华磁体及其异质结构的自旋电子器件迈出重要一步。
