摘 要近年来，二维磁性材料由于其独特的物理性质受到了广泛的关注。其中MnPS3易被吡啶分子嵌入并表现出与主化合物不同的磁性能。为对比嵌入前后磁性能的差异，在本文中，我们对主化合物MnPS3进行了晶体结构和磁学性质的研究。首先，我们通过化学气相法制备了MnPS3单晶，然后使用X射线衍射仪对MnPS3晶体的结构进行了表征，最后研究了MnPS3磁化率、高场强磁化和电子自旋共振现象。电子自旋共振的测量结果表明，该单晶的温度与线宽的关系符合低维反铁磁体的特点，说明该晶体具有反铁磁性。ab面内主要的交换相互作用J/ k = -9.5±0.2 k。高场强磁化过程和AFMR的测量结果表明，在HC=38.0kOe处，存在一个自旋翻转跃迁。通过假设垂直于ab平面的单轴各向异性能K=1.52 ± 0.10x 105 erg/cm3，可以很好的拟合实验的结果。
Keywords: Twodimensional magnetic materials; Antiferromagnetic; Electron spin resonance目录
第一章 绪论 1
1.1二维材料的发展及应用 1
1.2二维材料的磁性研究进展 2
1.3过渡金属硫化物研究进展 3
1.4本文的主要内容 4
第二章 材料的制备与表征 5
2.1 晶体的制备 5
2.1.1化学气相输运法 5
2.2 晶体的表征 6
2.2.1 X射线衍射(XRD)分析样品 6
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)分析样品 8
2.3 基本物理量的测量 9
2.3.1磁化率的测量 9
2.3.2 电子顺磁共振(EPR)的测量 9
第三章MnPS3的磁性研究及实验结果 10
3.1 引言 10
3.2实验过程 10
3.3实验结果 11
3.3.1磁化率 12
3.3.2高场强磁化 13
3.3.4电子自旋共振 14
3.5小结与讨论 15
3.5.1交换相互作用的估计 15
3.5.2磁各向异性 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ￥351916072￥ 
17
第四章 总结 19
参考文献 20
致谢 22
第一章 绪论
1.1二维材料的发展及应用
二维材料是一种纳米材料，其中的电子只可以在二维平面内运动。经典理论认为，在晶格热扰动存在的情况下，二维材料并不能稳定存在，因此在20世纪初，二维材料的存在一直存在争议，直到英国曼彻斯特大学的两位科学家采用机械剥离的制备方法把石墨烯从石墨中提取出来[1]，石墨烯单晶结构如图1.1所示。两人在研究过程中发现，石墨烯是一种可以稳定存在的二维材料，并指出石墨烯之所以可以在绝对零度以上的温度稳定存在是因为其原子排布形式呈现出一种类似波浪的形式，而非完全的二维平面。石墨烯也因为其独特的物理性质在光电、生物医学领域有广泛的应用价值。两人也因此获得诺贝尔物理学奖。


图1.1石墨烯单晶结构
进一步的研究表明，当一种层状材料薄到一定的物理极限时，会表现出与原有材料不同的物理性质[2][3]。
部分二维层状材料具有半导体性质，比如过渡金属二硫族化合物材料。其中以MoS2最具代表性。如图1.2所示，MoS2具有半导体带隙，并且具有很高得开关闭和迁移率，此类材料也因此在纳米晶体管领域等器件制造方面有潜在的应用价值[4][5]。
部分二维层状材料具有特殊的磁学性质，如过渡金属三卤代磷MPX3(M=Mn, Fe, Co, Ni ;X=S, Se)，这类化合物盐层由范德瓦尔斯间隙隔开，它们可能被各种各样的客体分子或离子插入，插入后，磁性能会发生很大的变化，常被应用于电化学领域，如锂离子电池，超级电容器，燃料电池等[610]。


图1.2 MoS2的原子结构示意图
1.2二维材料的磁性研究进展
自从石墨烯被成功制备以来，二维材料的研究就从来没有停止过。与对二维材料的其他物理特性的研究相比，二维材料的磁性研究却长时间缺失。
现有的理论研究表明二维磁性材料在电子自旋领域有潜在的应用价值。这些研究为在二维材料中引入磁性或直接制备二维磁性材料提供了几种途径[1114]。一种是运用空穴掺杂的方式将磁性引入到二维材料中，另一种则直接将无磁性二维材料中的原子替换成磁性原子，还有一种通过磁性基片在二维材料上诱导出磁性。但通过无论何种方式都无法保证磁性的长程有序。通过层状范德瓦尔斯磁性晶体直接制备出具有磁性的二维材料可以很好的解决这个问题。因此在大多数研究中普遍使用这种方式获得二维磁性材料。
磁性研究主要包括铁磁性和反铁磁性两个方面。如Crl3，CrXTe3(X=Si,Ge)具有很好的铁磁性，MnPS4，FePS3具有反铁磁性。近年来二维材料的磁性研究也主要集中在这几种材料。
1.3过渡金属硫化物研究进展
随着科技的不断进步，制备手段和表征手段的不断成熟，过渡金属硫化物成为了许多研究者研究的热门材料。如图1.3所示，过渡金属硫化物能提供更多的电子通道，并且本身带有较多电荷数，因此过渡金属硫化物常常被作为电容器和电池首选的电池材料[1518]。硫化物材料获取途径较多，价格便宜，制备过程也相对简单，但是因为较易被氧气氧化，其结构非常不稳定[19]。因此研究者们开始以硫化物为基底，并在表面增加活性物质，来提高稳定性。


图1.3 层状过渡金属硫化物MX2的结构示意图
1.4本文的主要内容
本论文主要研究二维磁性材料MnPS3的磁性质。首先通过化学气相运输法(CVT)制备了MnPS3的单晶，并对MnPS3单晶的磁化率、高场强磁化和电子自旋共振现象进行了研究。本论文的主要内容如下：
（1）介绍二维磁性材料的发展历史和应用前景，对二维材料的磁性研究做了简单介绍，最后，综述本论文的主要工作。
（2）介绍了化学气相运输法系统的装置和制备晶体的主要流程，简述运用XRD衍射对单晶分析的原理和运用SEM对晶体结构表征的原理。
（3）MnPS3的磁性研究及实验结果的讨论。通过对MnPS3磁化率、高场强磁化和电子自旋共振等现象的研究探讨MnPS3单晶的磁性能，并讨论MnPS3的磁各向异性和交换相互作用。
（4）总结本论文的主要工作。

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