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近日,郑州大学许群教授课题组利用CO2在非范德华力晶体孔道内构建强内应力场,成功制备具有室温响应的二维铁磁性VO2,文章以“Conversion of Non-van der Waals VO2 Solid to 2D Ferromagnet by CO2-Induced Phase Engineering”为题发表在国际权威期刊《Nano Today》,郑州大学博士研究生周燕南和闫鹏飞为文章的共同第一作者,通讯作者许群教授。
过渡金属氧化物VO2表现出许多新的物理现象,如金属-绝缘体转变和室温铁磁性。在强相关过渡金属氧化物(TMOs)材料中,d层和f层电子其自由度(自旋、电荷和轨道矩)的相互作用使得结构和磁性对温度、压力和组分等参数的微小变化非常敏感,然而多数情况,来自外部诱导的局部磁矩非常弱,并且产生的磁性通常只关联表面少数原子。因此相较于缺陷工程,如何打破序参量的对称性,在材料中创造新的表面或诱导晶体到无定形的转变,进而产生本征磁各向异性,是一个有效的路径。
许群教授课题组提出一种CO2诱导相变工程策略,将非范德华体相VO2成功转化为室温响应的2D铁磁体。引入的CO2不仅可以引发材料表界面相变,还可以在VO2的晶格孔道中产生强大的内力场,由此导致的共价键选择性断裂,将三维VO2晶体转化为二维纳米片,最终获得“锁定”的亚稳相的2D拓扑结构并表现出显著增强的室温铁磁响应。该研究工作为二维非范德华铁磁体的制备开辟了一条新途径,同时对CO2在晶体孔道中产生的内应力及其关联亚稳相产生的机理进行了探讨,为进一步拓展超临界CO2在构筑新型纳微结构上的应用奠定了实验和理论基础。
该工作得到了国家自然科学基金、郑州大学一流学科计划等项目的支持。
许群,郑州大学材料科学与工程学院教授,博士生导师,河南先进技术研究院执行院长。
1999年9月博士毕业于中国科学院化学研究所,2001年7月完成德国Karlsruhe核研究中心博士后工作。同年回国,应聘到郑州大学,组建了郑州大学绿色化学功能材料实验室。已在国内国际学术期刊上发表SCI学术论文200多篇;授权国家发明专利23项,实施转让2项;2008年获中国青年女科学家奖提名奖;2009年获国务院政府特殊津贴;2009年获日本化学会青年学者奖;2010年有关“超临界CO2辅助高分子在碳纳米管上自组装的工作”被美国化学会作为亮点工作报道。近年来围绕新型纳米结构的设计、合成与性能研究,进行了多条路径的尝试,发展了多种新的制备方法,并对低维材料在光电催化、能量转化、能量储存中的应用进行了深入系统的研究,揭示了材料的结构与性能的关系,形成了特色鲜明的研究方向。近五年作为通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv.Mater.、ACS Nano、Chem. Mater.、Adv. Functi. Mater. Small等学术期刊发表SCI收录论文100多篇,其中有多篇论文被ESI列为全球前1%高被引论文和前0.1%热点论文。获河南省科技进步二等奖(第一完成人)3项,河南省自然科学一等奖(第一完成人)1项。
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