張翔院士Nature2017四月發表的期刊。結果應用與發展…

額。。結果應用與發展，我哪知道，還沒到應用階段呢，雖然今年aps上報告一堆一堆的。。╮(╯_╰)╭

與其說結果應用與發展，倒不如說這個結果的意義。。

說到二維，有一個無論如何都繞不過去的東西，就是Mermin-Wagner定理，不確切地說，就是二維及以下沒有長程序，一切長程序都要被漲落給破壞掉。。換一個本科生也能明白的說法，就是二維及以下沒有波色愛因斯坦凝聚（教科書後標準習題）╮(╯_╰)╭

換句話說，在理論上，二維海森堡模型是不會有鐵磁性的，然而實驗居然做出來了，咋回事？

這個二維磁性，跟之前的石墨烯一樣，說是對Mermin-Wagner定理違背，倒不如說是炒一個大新聞，因為實驗中二維材料總是有襯底的，正是因為這個襯底帶來的各向異性，才使得鐵磁性成為可能。。

╮(╯_╰)╭

update20180420

根據以前的評論修改一下，關於二維材料各向異性的問題。。

只要存在各向異性，那麼就不再滿足Mermin-Wagner定理的前提條件，也就是說，長程序是可能存在的，也就是文章中報告的那樣，發現了鐵磁性。。在文章中，暫時可以不去考慮襯底的問題，各向異性主要來自材料本身的晶格結構，使得電子的自旋磁矩滿足的海森堡模型多了一個single-ion anisotropy，這一項破壞了海森堡哈密頓量自身的各項同性，於是二維磁性也就順理成章的出現了。

最近做的課題與此相關，佔個坑先，等有空來答

PS：建議改下問題，那個材料應該不能稱為分子晶體，我的理解是只要有一個周期性方向上不是以范德華力結合，就不是分子晶體。

要點：1. 本徵 2.鐵磁半導體 3. 二維

———2018-05-04更新———

先簡單談一下磁性材料當前前沿研究的現狀吧。首先磁性在凝聚態領域是一個非常神奇的性質，神奇的地方不僅僅是磁性本身，還有磁性與材料其他重要性質的關聯。因為從根本上看，材料中的電子有兩個獨立的自由度，即電荷與自旋，這兩者之前的關聯，到目前還遠遠沒有弄清楚。舉幾個大家熟悉的例子，比如磁性與超導（前些年的高溫超導，以及最近的自旋液體現象），磁性與電極化（磁電耦合，多鐵），磁性與拓撲電子結構（量子霍爾效應），磁性與電子強關聯性（磁性過渡金屬氧化物）之間的關係等等。因此近些年誕生了一門新的學科——自旋電子學。雖然這個title有點被過度濫用，嘩眾取寵之嫌，但無法否認這是凝聚態物理和未來微電子技術發展的一個重要方向。

回到這個工作，我認為其之所以能發nature，有三個要點：

1. 首次在二維體系中實現了長程鐵磁序（之前的多是薄膜，有一定厚度）。其實在這個工作之前還有一個CrGeTe3體系本徵鐵磁的工作也發在nature，但那個體系沒有剝離到單層，只有在兩層及以上的情況下能夠保持鐵磁序。為什麼二維鐵磁性這麼重要？因為這是一個理論認識上的突破，和石墨烯類似。這個研究告訴人們二維長程磁序確實是可以存在的，只要有足夠強的各向異性，這一點其他回答里已經有很詳細的解釋，這裡不再贅述。雖然這在理論研究上已經比較成熟，但實驗證實這是第一次。

2. 不僅是鐵磁，還是半導體。鐵磁材料自然界中很常見，但絕大部分都是鐵磁金屬。鐵磁半導體上世紀50年代才首次被發現，到目前仍然沒有走出實驗室。鐵磁半導體有什麼實用價值呢？目前還很難說，有大牛說能夠取代傳統半導體，成為未來微電子行業的主力。其應用研究目前主要都集中在spin vavle、spin transistor、spin capacitor幾個方向。但如果無法實現室溫，這些都白搭。因此science2005提出的125個重要科學問題，其中一個就是「是否存在室溫磁性半導體？」

3. 是本徵的鐵磁半導體。這裡的本徵，主要指排除摻雜、缺陷、外場的情況下高度有序的理想晶體。前些年比較火熱的稀磁半導體，是通過向半導體（比如砷化鎵）中摻雜磁性元素（比如過渡金屬錳）來實現磁性半導體性質。然而這種方法得到的磁性半導體問題比較多，磁化強度很弱，雖然有些號稱能夠達到室溫磁性，但大多數實驗都難以重複，更別提工業批量生產了。如果有本徵的鐵磁半導體可用，大家肯定都更願意用本徵的。但本徵鐵磁半導體目前已經發現的屈指可數，而且居里溫度都非常低，很少有超過100K的。而這個工作在二維體系中能夠實現45K的溫度，已經算是不錯的結果了。

恰好上個課題與其相關。

M-W定理告訴我們，在有限溫度下，短程相互作用不會在具有連續對稱性的低維繫統中誘導出長程序，也就是說海森堡模型下二維材料一般不具有鐵磁性。

如果想讓其具有鐵磁性，就要打破M-W的條件，即破壞其連續對稱性，比如外加磁場或晶體自身具有較強的各相異性。

物理圖像可以這麼理解，原本二維的magnon的態密度是常數，即在E等於0時也有較高態密度，此時很低的溫度便可激發出大量magnon擾亂磁性，而外加磁場和分子各向異性會在E=0處的magnon態密度打開一個gap，從而穩定磁性。

感覺這套東西在理論上似乎已經比較成熟了，現在這方面的工作還是炒概念居多，只是找不同的材料來實驗測量理論計算。
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