金刚石量子传感器用于以定量方式确定材料三碘化铬的各个原子层的磁性能。结果表明，连续层中自旋的方向在各层中交替。图片来源：巴塞尔大学物理系

巴塞尔大学的物理学家首次成功地在纳米级上测量了原子级薄范德华材料的磁性。他们使用金刚石量子传感器来确定三碘化铬材料单个原子层的磁化强度。此外，他们发现了这种材料异常磁性的长期寻求的解释。科学杂志已经发表了研究结果。

原子薄的二维范德华材料的使用有望在科学和技术的许多领域进行创新。世界各地的科学家一直在探索堆叠不同单个原子层的新方法，从而设计出具有独特，新兴特性的新材料。

这些超薄复合材料在范德华力的作用下保持在一起，其行为通常与相同材料的块状晶体不同。原子薄的范德华材料包括绝缘体，半导体，超导体和一些具有磁性的材料。它们在自旋电子学或超紧凑型磁存储介质中的使用是非常有前途的。

首次定量测量磁化强度

到目前为止，尚无法定量或在纳米尺度上确定这些磁体的强度，排列和结构。由巴塞尔大学物理系和瑞士纳米科学研究所的Georg-H.-Endress教授Patrick Maletinsky领导的团队证明，在原子力显微镜中使用饰有单电子自旋的金刚石尖端非常适合这些类型的研究。

“我们的方法使用钻石色心中的各个自旋作为传感器，开辟了一个全新的领域。现在，可以在纳米级甚至以定量方式研究二维材料的磁性。我们创新的量子传感器是非常适合此复杂任务。” Maletinsky说。

层数很关键

利用最初在巴塞尔开发的，基于单电子自旋的这项技术，科学家与日内瓦大学的研究人员合作，确定了三碘化铬（CrI 3）单原子层的磁性。因此，研究人员能够找到有关该材料磁性的关键科学问题的答案。

作为三维块状晶体，三碘化铬完全磁化。但是，在原子层很少的情况下，只有具有奇数个原子层的堆叠才会显示出非零磁化强度。具有偶数层的叠层表现出反铁磁行为；即它们没有被磁化。这种“偶数/奇数效应”的原因以及与散装物料的差异以前是未知的。

原因是应变

Maletinsky的团队能够证明这种现象是由于层的特定原子排列引起的。在样品制备过程中，单个三碘化铬层彼此之间略微移动。晶格中产生的应变意味着连续层的自旋无法沿相同方向对齐；相反，旋转方向在各层中交替。在偶数层的情况下，层的磁化抵消了；具有奇数个，所测量的磁化对应于一个单一的的强度层。

但是，当释放堆栈中的应变时（例如，通过刺穿样品），所有层的自旋都可以沿相同方向排列，这在块状晶体中也可以看到。整个叠层的磁强度则与各个层的总和一致。

因此，巴塞尔科学家所做的工作不仅回答了有关二维范德华磁体的关键问题，而且还开辟了有趣的观点，探讨了如何在未来将其创新的量子传感器用于研究二维磁体以做出贡献。发展新型电子元件。