Raman Spectroscopy of Two-dimensional Antiferromagnetic Materials
- 주제(키워드) Raman spectroscopy , two-dimensional magnetic materials , NiPS3 , MnPS3
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 정현식
- 발행년도 2020
- 학위수여년월 2020. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 물리학과
- UCI I804:11029-000000064813
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
최근 2차원 자성 반데르발스 물질이 많은 관심을 받으며 다양한 연구가 진행되고 있다. 2 차원에서의 자성은 응집물질 물리학에서 가장 흥미로운 주제 중 하나일 뿐만 아니라, 원자 크기의 얇은 2차원 자성 물질은 새로운 스핀트로닉스 소자에 대한 응용 가능성을 제공해주고 있다. 여러 2차원 자성 반데르발스 물질 중, 전이금속-인-삼황화물(Transition metal phosphorus trisulfides)은 아이징(Ising), XY 및 하이젠버그(Heisenberg) 타입 모델의 2 차원에서의 자성을 연구하기에 적합한 물질이다. 원자 크기의 얇은 샘플에서는 부피가 매우 작기 때문에 자성을 직접 측정하기 어려운데에 반해, 라만 분광 측정을 통해 자기 정렬(magnetic ordering)의 형성 여부를 신뢰성 있게 관찰할 수 있기 때문에, 라만 분광법은 2차원 자성 반데르발스 물질 연구에서 중요한 측정 기술로 사용된다. 본 논문에서는, 2차원 한계에서의 반강자성 반데르발스 물질, NiPS3와 MnPS3의 자기 정렬을 라만 분광법을 사용하여 연구했다. XXZ 타입의 반강자성 물질 NiPS3는 이중층까지의 두께까지 저온에서 자기 정렬이 발생하고 자성 상전이 온도가 크게 변하지 않으나, 2차원 한계인 단일층에서는 불안정해지며 자기 정렬이 억제된다. 하이젠버그 타입의 MnPS3의 경우, 자기 정렬이 이중층까지 발생하고, 전이 온도는 두께가 얇아짐에 따라 감소한다. 이러한 2차원 자성 물질에 대한 연구는 저차원에서의 자성을 이해하고, 스핀트로닉스 소자와 스핀 필터(spin filter)와 같은 미래의 새로운 소자의 활용에 도움이 될 것이다. 특히, 2차원 물질은 외부 효과를 이용하여 물성을 조정할 수 있기 때문에, 도핑(doping) 또는 외부 인장(strain)을 가함으로써 상온 근처에서 자기 정렬이 형성되도록 구현할 수 있다. 또한, 자성 구조 및 두께에 따른 자성의 변화에 대한 이해를 바탕으로, 2차원 물질 기반 이종접합 구조 소자를 설계하는 데에 큰 도움이 될 것이다.
more초록/요약
Two-dimensional magnetic van der Waals materials have attracted much interest recently. Magnetism in two dimensions is one of the most fascinating topics in condensed matter physics whereas atomically thin magnetic materials present new opportunities for novel spintronic devices. The recent discovery of new magnetic van der Waals materials, transition metal phosphorus trisulfieds, heralds a much-needed easy route for the studies of two-dimensional magnetism: Ising- , XY-, and Heisenberg-type models. Raman spectroscopy has been established as an invaluable tool in the studies of such magnetic van der Waals materials as it has been found that the magnetic ordering, which is often difficult to probe directly in atomically thin samples, can be reliably monitored by Raman spectroscopy. In this thesis, the magnetic ordering of antiferromagnetic van der Waals materials, NiPS3 and MnPS3, in the two-dimension limit are studied by using Raman spectroscopy. In the XXZ-type antiferromagnetic NiPS3, the magnetic order behaves upon reducing the thickness and ultimately becomes unstable in the monolayer limit. For the Heisenberg-type MnPS3, the magnetic ordering is surprisingly stable at such a thin limit, down to bilayer. Our experimental results are in good agreement with the theoretical predictions of the XY and Heisenberg model in the two-dimension limit.
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