近年來，二維范德華材料例如石墨烯,、二硫化鉬等由于其獨特的結(jié)構(gòu),、物理特性和光電性能而被廣泛研究。在二維材料的研究領(lǐng)域中,，磁性二維材料具有更豐富的物理圖像,，并在未來的自旋電子學(xué)中有重要的潛在應(yīng)用，越來越受到人們的關(guān)注,。摻雜是實現(xiàn)二維半導(dǎo)體能帶工程的重要手段,，如果在二維半導(dǎo)體材料中摻雜磁性原子，則這些材料可能在保持原有半導(dǎo)體光電特性的同時具有磁性,。近日，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體超晶格國家重點實驗研究員魏鐘鳴,、李京波帶領(lǐng)的科研團隊,，在鐵摻雜二維硫化錫（Fe-SnS2）晶體的光、電和磁性研究方面取得新進展,。

硫化錫（SnS2）是一種光電性能優(yōu)異的二維范德華半導(dǎo)體材料,，也是目前報道的光電響應(yīng)時間最快的二維半導(dǎo)體材料之一。該材料無毒,、環(huán)境友好,，含量較豐富而且易于制備。該研究團隊通過用傳統(tǒng)的化學(xué)氣相輸運法摸索生長條件,，獲得不同摻雜濃度的高質(zhì)量的Fe-SnS2單晶,，然后通過機械剝離法獲得二維Fe-SnS2納米片。掃描透射電子顯微鏡（STEM）結(jié)果表明,，F(xiàn)e原子是替位摻雜在Sn原子的位置,，并且均勻分布。通過生長條件的調(diào)控,，結(jié)合X射線光電子能譜（XPS）分析,，可以獲得一系列不同的晶體，鐵的摻雜濃度分別為2.1%,、1.5%,、1.1%。單層Fe0.021Sn0.979S2的場效應(yīng)晶體管測試表明該材料是n型,，開關(guān)比超過106,，同時遷移率為8.15cm2V-1s-1,，光響應(yīng)度為206mAW-1，顯示了良好的光電性能,。

單晶片磁性測試表明,，SnS2是抗磁性的，F(xiàn)e0.021Sn0.979S2和Fe0.015Sn0.985S2具有鐵磁性,，而Fe0.011Sn0.989S2則顯示出順磁性,。實驗測得Fe0.021Sn0.979S2的居里溫度為31K。當(dāng)溫度為2K,，外磁場沿垂直c軸和平行c軸方向時可以獲得不一樣的磁性,，即強烈的磁各向異性。理論計算表明,，F(xiàn)e-SnS2的磁性來源于Fe原子與相鄰S原子的反鐵磁耦合,，而相鄰Fe原子間是鐵磁耦合，這樣在這種磁性原子摻雜材料中就形成了長程鐵磁性,。該研究表明鐵摻雜硫化錫在未來的納米電子學(xué),、磁學(xué)和光電領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature Communications上,。研究工作得到中科院“百人計劃”和國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金,、面上項目的資助。