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Gamma-Ray Irradiation Induced Ultrahigh Room-Temperature Ferromagnetism in MoS2 Sputtered Few-Layered Thin Films
加馬射線照射誘導少層二硫化鉬濺鍍薄膜極高室溫鐵磁性
Aswin kumar Anbalagan, Fang-Chi Hu, Weng Kent Chan, Ashish Chhaganlal Gandhi, Shivam Gupta, Mayur Chaudhary, Kai-Wei Chuang, Akhil K. Ramesh, Tadesse Billo, Amr Sabbah, Ching-Yu Chiang, Yuan-Chieh Tseng, Yu-Lun Chueh, Sheng Yun Wu, Nyan-Hwa Tai, Hsin-Yi Tiffany Chen*, and Chih-Hao Lee*
2023/09/07
缺陷工程近年來在二維材料的研究中非常熱門。本研究探討了二硫化鉬(Molybdenum disulfide, MoS2)濺鍍薄膜在加馬射線照射下的效應。在自然中熱力學穩定存在的MoS2為2H結構屬於非磁性材料，本研究結果發現經過加馬射線照射後，少層MoS2薄膜在室溫下呈現出極高飽和磁化量，達到約610 emu/cm3。然而，多層的MoS2薄膜在加馬射線照射後並未觀察到顯著的結構和磁性變化。經由推測，加馬射線照射誘發了Mo 4d離子與S空位處捕獲電子之間的自旋相互作用，因此使得少層MoS2樣品中產生室溫鐵磁性。此外，密度泛函理論（DFT）計算表明，含有一個Mo和兩個S空位的缺陷是在MoS2中誘導室溫鐵磁性的主要原因。這些DFT結果與拉曼光譜（Raman Spectroscopy）、X光光電子能譜（X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS）和ESR光譜（Electron Spin Resonance Spectroscopy）結果一致，並確認了加馬射線照射後Mo和S鍵的斷裂以及空位的存在。總的來說，本研究表明，加馬射線照射的¬少層MoS2¬薄膜中的磁性可以歸因於來自Mo和S空位的存在，以及MoS2結構的晶格扭曲的協同作用。這些發現可能為自旋電子材料的應用以及量子限制結構的電子和磁性質之間的關係提供了新的理解。