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Department of Physics & Astronomy

[이유진 학생/김기훈 교수/박제근 교수] 자성 반데르발스 물질 NiI2의 다중강성 존재 입증 (Nano Letters 논문 게재)

2021-06-08l 조회수 1611

Possible persistence of multiferroic order down to bilayer limit of van der Waals material NiI2

자성 반데르발스 물질인 NiI2 벌크 상태에서 강유전성과 반강자성을 가지는 것으로 보고되어 있었다. 하지만 NiI2 단일층까지 얇아졌을 강유전성과 반강자성이 유지되는 지에 관해서는 아직까지 의문으로 남아있었다. 연구에서는 광주과학기술원 이종석 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 단일층 두께의 NiI2 다중강성을 second harmonic generation (SHG) 비선형 광학 측정을 통해 입증하였다. 특히 이번 연구는 물리적 박리를 통해 NiI2 단원자층까지 구현하여 두께 다중강성을 확인할 있었다. 결과, 이중층까지는 SHG 신호를 관측할 있었으나, 단일층에서는 SHG 신호가 사라졌다. 또한 두께가 얇아지면서 SHG 관측되는 임계 온도가 58 K에서 20 K까지 감소하였다. 초집적 반도체 재료로 반데르발스 물질이 주목받고 있는 상황에서 나노 두께에서도 다중강성이 작동하는 반데르발스 물질을 입증했다는 의의가 있다.

Abstract: Realizing a state of matter in two dimensions has repeatedly proven a novel route of discovering new physical phenomena. Van der Waals (vdW) materials have been at the center of these now extensive research activities. They offer a natural way of producing a monolayer of matter simply by mechanical exfoliation. This work demonstrates that the possible multiferroic state with coexisting antiferromagnetic and ferroelectric orders possibly persists down to the bilayer flake of NiI2. By exploiting the optical second-harmonic generation technique, both magnitude and direction of the ferroelectric order, arising from the cycloidal spin order, are successfully traced. The possible multiferroic state's transition temperature decreases from 58 K for the bulk to about 20 K for the bilayer. Our observation will spur extensive efforts to demonstrate multi-functionality in vdW materials, which have been tried mostly by using heterostructures of singly ferroic ones until now.

참여 연구원: 이유진, 손수한, 박평제, 김광탁, 김기훈, 박제근

Nano Letters 온라인 게재

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c01095