二维crbr3单晶的磁临界行为【字数：10121】
摘 要二维材料有很好的物理与化学特性所以被广泛应用在各大领域以及生活的各个方面。本论文主要研究二维磁性材料中的CrBr3的磁临界行为。CrBr3是绝缘铁磁体，TC=32.5K，具有六方层状结构。近年来，CrBr3单晶的物理性质得到了广泛的研究，并且在实验和理论之间进行了非常详细的对比。这些研究表明CrBr3是一种优秀的绝缘铁磁体原型。本论文利用法拉第效应研究了CrBr3在临界点附近的几个等温线上的磁性能并测量了二维单晶CrBr3的磁化即在温度场上的磁化强度。从而确定了绝缘铁磁体的状态方程。本论文的研究成果不但为二维磁性材料CrBr3的实际应用提供理论基础，同时也为其他二维磁性材料的磁临界行为的研究提供借鉴意义。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 二维材料发展现状 1
1.2 二维材料石墨烯发展概况 2
1.3 二维硫化物发展现状 3
1.4 二维材料黑磷发展现状 4
1.5 我国二维材料发展概况 4
第二章 材料的制备与表征 7
2.1 样品的制备与处理 7
2.1.1 制备原料 7
2.1.2 化学气相输运法 7
2.2 结构表征 7
2.2.1 XRD分析 7
2.2.2 扫描电子显微镜分析 8
2.3 物理性质分析 9
2.3.1 磁性测量 9
第三章CrBr3磁临界行为的研究 11
3.1 引言 11
3.2 实验方法 11
3.3 实验结果与讨论 13
3.4 总结 17
第四章 总结与展望 17
参考文献 18
致 谢 19
第一章 绪论
1 绪论
本章主要介绍了二维材料的发展现况和前景，选取了一些常见的二维材料例如：石墨烯、硫化物、黑磷以及此论文的CrBr3。同时对我国二维材料的发展水平进行了一些介绍和对比。最后总结一下主要工作内容并介绍一下论文的组成。
1.1二维材料的发展现状
在纳米级范围内的材料就是二维材料。二维材料的出现对新材料的研究打开了 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
一扇新的大门。二维材料最低只能达到原子级[1]。未来的纳米级集成电路都会选择二维材料。这些二维材料拥有绝缘体、半导体和金属的物理特征，表现出了各种新的物理现象并且这些物理现象都能应用于实际。二维材料表现出的这些新的物理现象和理论，在很大程度上推动了物理的改革，使二维材料被广泛关注。二维材料的特性已经在很大程度上得到开发和利用，在电子产品等方面研究热度很高。
2004年首次分离到光学、力学、热学特性方面有了发掘，二维材料的基础物理研究渐渐发展成熟，对二维材料的研究在向着实际应用发展，各种产品生产了很多。在过去这些年里经过大量研究员的努力找到了二维硫族化合物和黑磷等新的二维材料。新发现的这些半导体二维材料没有了石墨烯零带隙的缺陷，在实际应用方面有很大的发展空间从而引起了人们的关注。近年来，国内外很多研究人员的关注点都放在了金属和强关联二维材料上。这样的二维材料结构复杂，但物理特性比较多，包括了拓扑绝缘体、拓扑半金属、高温超导等现阶段受到研究员们广泛研究的方向[2][3]。
对比石墨烯的研究规律，二维材料的发展规律可概括为三个阶段：大规模制备、应用方向研究、产品开发。因为这些二维材料的物理性质、研究方向、被发现的时间不同，所以处于不同的发展阶段。最先被发现，研究最多发展最完善也是研究时间最长的石墨烯已经处于应用研究和产品开发的阶段。黑磷和二维硫族化合物等还在发展的初期阶段对它们的了解还处于摸索中，各方面都还不完善，有很多的特性等着我们去发现[4]。通过研究员不懈的研究二维硫族化合物已经可以达到大规模制备，但是生产出来的成品有很多的瑕疵，提高生产质量还有这长远的路要走。单层黑磷的制备暂时没有研究员制备成功，至于其它的二维材料还在摸索的阶段。
综上所述，对二维材料的研究还处于一个蓬勃发展的阶段，现在记录在案的二维材料只是二维材料中很少的一部分，二维材料有着很大的发展潜力，大量的新型材料和物理特性等着我们去发掘。
1.2 二维材料石墨烯的发展概况
20052010年期间是石墨烯物理特性研究的黄金时期[5]。经过研究员的不懈努力和众多实验提出了石墨烯二维特性的准确图像。2005年，一些国外的研究员通过实验在单层石墨烯中首次提出了“半整数”量子霍尔效应，此效应证明了石墨烯中的载流子是没有静止质量[6][7]。这些研究员所做的实验揭示了石墨烯载流子拥有很高的迁移率，引起了很多研究员对石墨烯的兴趣，接着更是发掘出了大量的石墨烯新的物理特性例如：国外有一批研究员通过实验发现石墨烯的杨氏模量达到1TPa，本征强度达到130 GPa;相隔不久之后有研究员又提出石墨烯拥有特别高的室温热导率;西班牙Bachtold等人揭示石墨烯导电性十分好，比铜的导电性还要好上很多倍。美国知名大学的一位研究员通过实验证明了石墨烯十分致密，所有的气体全都不能穿透;然而不久之后Geim等人则表明氢离子是可以渗透石墨烯，为石墨烯能制作燃料电池提供了理论的基础。
石墨烯材料的良好的迁移率特性，使它一直都处于研究员们研究的关注点。发掘出石墨烯中“半整数”量子霍尔效应后，进行了大量的实验测出了石墨烯在室温下拥有新的物理性质。2010年，美国研究员通过实验研究改善了石墨烯的制备技术，利用改善后的制备方法制备出了高质量的石墨烯[8]。制备出来的石墨烯有着很高的迁移率接近理论值的极限，这么高的迁移率让我们可以观察测量石墨烯中的很多物理现象[9][10]。
有研究者在高迁移率的石墨烯样品中观察到了一些特殊的物理现象，从而引起了人们对它的进一步研究。美国和日本有两批研究员同时在双层的石墨烯中发现了谷自旋霍尔效应[11]。他们的实验结果证明了，双层石墨烯中的谷自旋霍尔效应能被门电极调整和控制，为石墨烯在这方面的研究提供了理论的基本。氮化硼衬底上的石墨烯因为晶格失配的原因出现了莫瑞超晶格，哥伦比亚大学的Kim等人和Geim实验室通过一系列的实验观察并测量出了Hofstadters buttery，验证了前人所提出的物理假设[12][13]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 二维材料发展现状 1
1.2 二维材料石墨烯发展概况 2
1.3 二维硫化物发展现状 3
1.4 二维材料黑磷发展现状 4
1.5 我国二维材料发展概况 4
第二章 材料的制备与表征 7
2.1 样品的制备与处理 7
2.1.1 制备原料 7
2.1.2 化学气相输运法 7
2.2 结构表征 7
2.2.1 XRD分析 7
2.2.2 扫描电子显微镜分析 8
2.3 物理性质分析 9
2.3.1 磁性测量 9
第三章CrBr3磁临界行为的研究 11
3.1 引言 11
3.2 实验方法 11
3.3 实验结果与讨论 13
3.4 总结 17
第四章 总结与展望 17
参考文献 18
致 谢 19
第一章 绪论
1 绪论
本章主要介绍了二维材料的发展现况和前景，选取了一些常见的二维材料例如：石墨烯、硫化物、黑磷以及此论文的CrBr3。同时对我国二维材料的发展水平进行了一些介绍和对比。最后总结一下主要工作内容并介绍一下论文的组成。
1.1二维材料的发展现状
在纳米级范围内的材料就是二维材料。二维材料的出现对新材料的研究打开了 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
一扇新的大门。二维材料最低只能达到原子级[1]。未来的纳米级集成电路都会选择二维材料。这些二维材料拥有绝缘体、半导体和金属的物理特征，表现出了各种新的物理现象并且这些物理现象都能应用于实际。二维材料表现出的这些新的物理现象和理论，在很大程度上推动了物理的改革，使二维材料被广泛关注。二维材料的特性已经在很大程度上得到开发和利用，在电子产品等方面研究热度很高。
2004年首次分离到光学、力学、热学特性方面有了发掘，二维材料的基础物理研究渐渐发展成熟，对二维材料的研究在向着实际应用发展，各种产品生产了很多。在过去这些年里经过大量研究员的努力找到了二维硫族化合物和黑磷等新的二维材料。新发现的这些半导体二维材料没有了石墨烯零带隙的缺陷，在实际应用方面有很大的发展空间从而引起了人们的关注。近年来，国内外很多研究人员的关注点都放在了金属和强关联二维材料上。这样的二维材料结构复杂，但物理特性比较多，包括了拓扑绝缘体、拓扑半金属、高温超导等现阶段受到研究员们广泛研究的方向[2][3]。
对比石墨烯的研究规律，二维材料的发展规律可概括为三个阶段：大规模制备、应用方向研究、产品开发。因为这些二维材料的物理性质、研究方向、被发现的时间不同，所以处于不同的发展阶段。最先被发现，研究最多发展最完善也是研究时间最长的石墨烯已经处于应用研究和产品开发的阶段。黑磷和二维硫族化合物等还在发展的初期阶段对它们的了解还处于摸索中，各方面都还不完善，有很多的特性等着我们去发现[4]。通过研究员不懈的研究二维硫族化合物已经可以达到大规模制备，但是生产出来的成品有很多的瑕疵，提高生产质量还有这长远的路要走。单层黑磷的制备暂时没有研究员制备成功，至于其它的二维材料还在摸索的阶段。
综上所述，对二维材料的研究还处于一个蓬勃发展的阶段，现在记录在案的二维材料只是二维材料中很少的一部分，二维材料有着很大的发展潜力，大量的新型材料和物理特性等着我们去发掘。
1.2 二维材料石墨烯的发展概况
20052010年期间是石墨烯物理特性研究的黄金时期[5]。经过研究员的不懈努力和众多实验提出了石墨烯二维特性的准确图像。2005年，一些国外的研究员通过实验在单层石墨烯中首次提出了“半整数”量子霍尔效应，此效应证明了石墨烯中的载流子是没有静止质量[6][7]。这些研究员所做的实验揭示了石墨烯载流子拥有很高的迁移率，引起了很多研究员对石墨烯的兴趣，接着更是发掘出了大量的石墨烯新的物理特性例如：国外有一批研究员通过实验发现石墨烯的杨氏模量达到1TPa，本征强度达到130 GPa;相隔不久之后有研究员又提出石墨烯拥有特别高的室温热导率;西班牙Bachtold等人揭示石墨烯导电性十分好，比铜的导电性还要好上很多倍。美国知名大学的一位研究员通过实验证明了石墨烯十分致密，所有的气体全都不能穿透;然而不久之后Geim等人则表明氢离子是可以渗透石墨烯，为石墨烯能制作燃料电池提供了理论的基础。
石墨烯材料的良好的迁移率特性，使它一直都处于研究员们研究的关注点。发掘出石墨烯中“半整数”量子霍尔效应后，进行了大量的实验测出了石墨烯在室温下拥有新的物理性质。2010年，美国研究员通过实验研究改善了石墨烯的制备技术，利用改善后的制备方法制备出了高质量的石墨烯[8]。制备出来的石墨烯有着很高的迁移率接近理论值的极限，这么高的迁移率让我们可以观察测量石墨烯中的很多物理现象[9][10]。
有研究者在高迁移率的石墨烯样品中观察到了一些特殊的物理现象，从而引起了人们对它的进一步研究。美国和日本有两批研究员同时在双层的石墨烯中发现了谷自旋霍尔效应[11]。他们的实验结果证明了，双层石墨烯中的谷自旋霍尔效应能被门电极调整和控制，为石墨烯在这方面的研究提供了理论的基本。氮化硼衬底上的石墨烯因为晶格失配的原因出现了莫瑞超晶格，哥伦比亚大学的Kim等人和Geim实验室通过一系列的实验观察并测量出了Hofstadters buttery，验证了前人所提出的物理假设[12][13]。
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