image: (a) Magnetic interactions in rutile-type MF2 (M=Mn, Fe, and Co) in a [010] view direction. (b) Side view of the geometry-optimized configuration of TEPA molecule at FeF2 (001) surface. (c) Calculated adsorption energies of OAc, OAm, OAl and TEPA molecules at FeF2 (001), (100), (110) and (1-10) surfaces. view more
Credit: ©Science China Press
对于处于纳米尺度的磁性物质而言，由于有限的平移对称性及不完善的配位态，维度及表面效应将对体系的特征长度、相变及磁行为产生重要影响。各向异性材料，特别是处于二维状态的低维材料是研究磁行为及输运的理想平台。此外，基于液相的自组装技术为实现可工程化、具有复杂功能的柔性器件带来了新的发展方向，而高质量低维磁性材料的可控制备为关键之处。
金红石型氟化物MF2（M = Mn, Fe及Co，四方晶系）为典型的2-亚格子反铁磁体，近些年在自旋电子学领域得到了广泛关注。然而，可实现维度控制的液相合成方法尚未见报导，有效的表面活性剂、氟前驱体及合成环境尚待探索。最近，来自北京大学的研究团队（侯仰龙教授课题组）发展了一种基于晶面不对称钝化的合成方法，在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表研究论文“Anisotropic Fluoride Nanocrystals Modulated by Facet-specific Passivation and Their Disordered Surfaces”，他们通过密度泛函理论（DFT）评估了四种潜在的表面配体对于FeF2特定晶面的吸附行为，以阐明可能实现各向异性生长的方式。
通过对三种低维金红石型MF2（M = Mn，Fe和Co）纳米晶的合成探索，作者发现实验结果与理论评估高度吻合，并获得了高质量的零维、一维及二维氟化物纳米晶。针对产物的晶相和缺陷结构，研究人员采用高分辨X射线光电子谱、57Fe穆斯堡尔谱、元素成像及电子能量损失谱等考察了产物的表面及体缺陷信息，阐释了体系氧元素的稳定方式。静态及动态磁特性评估证实表面效应左右了体系的整体磁行为，并出现诸如异常的磁滞、热交换各向异性及增强的磁相变温度。
以上实验数据表明这种基于特定晶面不对称钝化的方法具有一定的普适性，作者认为文中提出的各项异性控制方法将为诸如FeCl2、FeBr2及CrI3等低维卤化物纳米晶的液相合成提供新的思路。
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文章信息:
Ziyu Yang, Huihui Zhang, Junjie Xu, Renzhi Ma, Takayoshi Sasaki, Yu-Jia Zeng, Shuangchen Ruan, Yanglong Hou
Anisotropic Fluoride Nanocrystals Modulated by Facet-specific Passivation and Their Disordered Surfaces
National Science Review
https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa042
Journal
National Science Review