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凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

arXiv:2505.11728 (cond-mat)
[提交于 2025年5月16日 (v1) ,最后修订 2025年7月27日 (此版本, v2)]

标题: 氮空位磁强计对WS2薄片边缘磁性的研究

标题: Nitrogen-Vacancy Magnetometry of Edge Magnetism in WS2 Flakes

Authors:Ilja Fescenko, Raman Kumar, Thitinun Gas-Osoth, Yifei Wang, Suvechhya Lamichhane, Tianlin Li, Adam Erickson, Nina Raghavan, Tom Delord, Cory D. Cress, Nicholas Proscia, Samuel W. LaGasse, Sy-Hwang Liou, Xia Hong, Jose J. Fonseca, Toshu An, Carlos A. Meriles, Abdelghani Laraoui
摘要: 二维(2D)磁体由于在探索新奇基本物理方面的平台作用以及在自旋电子和光电子器件中的潜在应用而受到广泛关注。最近的体磁测量研究显示,WS2表现出微弱的铁磁响应,理论预测表明部分氢化的薄片中存在边缘局域磁化。在这里,我们使用室温宽场量子金刚石磁测量技术,对从块体晶体剥离并转移到NV掺杂金刚石基底上的不同厚度(45-160 nm)的原始和Fe注入的WS2薄片进行成像。我们观察到直接的边缘局域漏磁场证据,其与施加的外部磁场(4.4-220 mT)呈线性关系,最高可达4.7 uT。边缘信号对薄片厚度的依赖性有限,这与偶极场衰减和传感几何结构一致。使用五种替代模型进行的磁模拟支持边缘磁化沿略微倾斜于WS2薄片平面法线的轴排列,这与反铁磁耦合边缘态中的自旋倾角一致。我们的发现确立了WS2作为边缘控制二维自旋电子学的有前途的平台。
摘要: Two-dimensional (2D) magnets are of significant interest both as a platform for exploring novel fundamental physics and for their potential in spintronic and optoelectronic devices. Recent bulk magnetometry studies have indicated a weak ferromagnetic response in WS2, and theoretical predictions suggest edge-localized magnetization in flakes with partial hydrogenation. Here, we use room-temperature wide-field quantum diamond magnetometry to image pristine and Fe-implanted WS2 flakes of varying thicknesses (45-160 nm), exfoliated from bulk crystals and transferred to NV-doped diamond substrates. We observe direct evidence of edge-localized stray magnetic fields, which scale linearly with applied external magnetic field (4.4-220 mT), reaching up to 4.7 uT. The edge signal shows a limited dependence on the flake thickness, consistent with dipolar field decay and sensing geometry. Magnetic simulations using five alternative models favor the presence of edge magnetization aligned along an axis slightly tilted from the normal to the WS2 flake plane, consistent with spin canting in antiferromagnetically coupled edge states. Our findings establish WS2 as a promising platform for edge-controlled 2D spintronics.
主题: 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall)
引用方式: arXiv:2505.11728 [cond-mat.mes-hall]
  (或者 arXiv:2505.11728v2 [cond-mat.mes-hall] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.11728
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Advanced Functional Materials e12391 (2025)
相关 DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202512391
链接到相关资源的 DOI

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来自: Abdelghani Laraoui [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 5 月 16 日 22:22:43 UTC (2,978 KB)
[v2] 星期日, 2025 年 7 月 27 日 11:58:36 UTC (2,880 KB)
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