CVD生长PtSe2单晶薄片中显著层间磁阻效应的发现及其厚度依赖性研究

为解决二维过渡金属二硫化物（2D TMDCs）中PtSe2的磁性调控难题，研究人员通过化学气相沉积（CVD）制备了2H-PtSe2单晶薄片，构建垂直自旋器件并系统研究了厚度依赖的磁输运特性。结果表明，23 nm薄片在5 K下表现出2.62%的最大|磁阻比（MR）|，证实其铁磁性（FM）及层数对磁阻的显著影响，为PtSe2基自旋电子器件设计提供了理论支撑。

　　

在二维材料研究的热潮中，过渡金属二硫化物（TMDCs）因其独特的电子结构和可调谐能带特性成为前沿焦点。铂二硒化铂（PtSe₂）作为新兴成员，凭借窄带隙和高载流子迁移率，被视为自旋电子器件的理想候选。然而，化学气相沉积（CVD）生长的PtSe₂单晶薄片的磁性研究仍处于起步阶段，尤其是厚度依赖的磁输运各向异性机制尚不明确。这一空白限制了其在垂直器件中的应用潜力。

为解决这一问题，中国的研究团队通过NaCl辅助CVD法制备了2H相PtSe₂单晶薄片，并构建了石墨烯/PtSe₂/石墨烯垂直器件。研究聚焦于层间磁阻（MR）效应与厚度关联性，揭示了薄层材料中更显著的铁磁调控特性。相关成果发表于《Materials Science and Engineering: B》，为PtSe₂基自旋器件设计提供了关键理论依据。

研究团队采用三项核心技术：1）熔盐辅助CVD合成PtSe₂单晶薄片；2）机械剥离法制备石墨烯电极；3）结合原子力显微镜（AFM）和高分辨透射电镜（HRTEM）表征材料厚度与晶体结构。通过低温磁输运测试，系统分析了23 nm与141 nm薄片的性能差异。

实验结果

1. 材料表征：HRTEM证实2H-PtSe₂的层状结构，AFM精确测定薄片厚度（23 nm与141 nm）。拉曼光谱显示高结晶质量，为后续磁输运研究奠定基础。
2. 磁输运特性：两种厚度薄片均呈现蝴蝶形磁滞回线，证实铁磁性。23 nm薄片在5 K下|MR|达2.62%，显著高于141 nm样品，表明层数减少增强磁阻效应。
3. 各向异性分析：垂直方向磁阻比随层数增加而降低，与面内器件趋势一致，提示层内与层间电阻受磁性调制的可比性。

结论与意义
该研究首次报道了CVD生长2H-PtSe₂的厚度依赖磁输运行为，阐明薄层材料中铁磁性对磁阻的增强作用。这一发现不仅填补了PtSe₂垂直器件研究的空白，还为设计高灵敏度自旋阀、隧道结器件提供了新思路。团队指出，缺陷诱导的磁性（如Pt空位）可能是调控性能的关键，未来可通过精确控制生长条件进一步优化材料特性。此项工作推动了二维自旋电子学向实际应用迈出重要一步。