阳离子交换策略构建可调控磁性插层超晶格材料

来自国际团队的研究人员通过开发一种通用的两步插层-阳离子交换策略，成功构建了化学组成可调、磁有序可控的磁性插层超晶格（MISLs）材料库。该研究突破了传统磁性半导体掺杂浓度限制（如<5%），在MoS2、Bi2Te3等二维原子晶体（2DACs）中实现了高达50%的磁性元素（Mn2+/Eu3+等）嵌入，为自旋电子学提供了全新材料平台。

　　

这项突破性研究开创性地采用阳离子交换化学（cation-exchange）策略，在二维原子晶体（2DACs）的层间空隙玩起了"磁性积木游戏"。研究人员先用单价金属离子（Cu⁺/Ag⁺）打前站进行插层，再通过离子置换魔术般引入二价磁性离子（Mn²⁺/Co²⁺）甚至三价稀土离子（Eu³⁺/Gd³⁺）。这种分子级"乐高"技术成功在MoS₂、Bi₂Se₃等明星材料中构建出磁性超晶格（MISLs），其磁性原子浓度飙升至50%——远超传统半导体掺杂极限。更妙的是，该方法适用于拓扑绝缘体、超导体等各类功能材料，就像为自旋电子学（spintronics）量身定制的"磁性调色盘"，为量子计算和新型存储器件研发打开了宝库大门。