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中科院發現塑性鐵磁半導體
2025年12月01日 10:56:56
來源：化工儀器網 作者：楊 點擊量：5016
CrSiTe3塊體單晶在室溫下表現出良好的塑性，沿面內方向可承受高達12%的拉伸應變與15%的彎曲應變，沿面外方向可承受40%的壓縮應變，與已報道的典型塑性無機半導體材料相當。
近日，中國科研團隊在無機半導體材料領域取得重大突破。由中國科學家院上海硅酸鹽研究所主導的研究團隊，發現了一種兼具鐵磁性與優異塑性的新型無機半導體材料——CrSiTe3晶體。該研究成果以題為《Ductile Inorganic Ferromagnetic Semiconductor》的論文發表在頂級學術期刊《先進材料》上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院、上海市等的支持。
無機半導體，如我們熟知的硅、砷化鎵等，是現代信息社會的基石。它們構成了計算機芯片、太陽能電池和發光二極管的核心。與有機半導體相比，無機半導體通常具有更高的穩定性、更優異的載流子遷移率和更成熟的大規模制備工藝。
然而，它們有一個致命的缺陷——脆性。絕大多數無機半導體像玻璃一樣，無法承受彎曲、拉伸或大的形變，極易發生斷裂。這一特性嚴重限制了它們在柔性顯示、可穿戴設備、電子皮膚和可植入生物醫療器件等前沿領域的應用。
中國科學院上海硅酸鹽研究所的研究團隊發現的CrSiTe3是一種層狀鐵磁半導體材料，這意味著它在微觀上像一本書，由一層層的原子堆疊而成。這種結構本身就為其帶來了一些獨特的優勢。力學性能測試表明，CrSiTe3塊體單晶在室溫下表現出良好的塑性，沿面內方向可承受高達12%的拉伸應變與15%的彎曲應變，沿面外方向可承受40%的壓縮應變，與已報道的典型塑性無機半導體材料相當。
磁性測量表明，軋制和彎曲處理后的樣品CrSiTe3的居里溫度均穩定在34K，且飽和磁化強度和矯頑力也未發生明顯變化。蒙特卡洛模擬發現，層間滑移導致AAC堆垛等亞穩態結構形成后，CrSiTe3鐵磁性保持穩定，磁各向異性仍沿c軸方向且僅發生微小偏差，材料具有與原始ABC堆垛相近的居里溫度(35±1K)。上述結果說明，材料的塑性變形對宏觀鐵磁性能影響甚微。
該研究的核心成果在于，首次系統地表征并證實了CrSiTe3作為一種鐵磁半導體，在室溫下擁有可與典型塑性材料媲美的機械變形能力。這一發現解決了長期以來困擾柔性電子領域的一個關鍵材料瓶頸——即如何在同一材料中實現優異的電學/磁學性能和機械柔韌性。
參考資料來源： 上海硅酸鹽研究所
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