二维（2D）范德华（vdW）材料，如石墨烯，其层间具有较弱的范德华相互作用，在基础物理研究和实际应用方面都具有重要意义。近年来，表现出低维磁有序的二维范德华材料因其高度可调的物理性质以及在自旋电子学中的重要应用而备受关注，例如Fe₃GeTe₂、Cr₂Ge₂Te₆、CrI₃等。对单层二维铁磁（FM）有序的研究已成为一个热门课题。强磁各向异性被认为可以克服热涨落，对于在单层水平上稳定低维磁有序至关重要。尽管在提高居里温度方面已经取得了进展，但由于这些材料的自旋有序温度较低且化学性质不稳定，它们在下一代磁电子器件中的应用仍然受到限制。因此，探索具有更高居里温度和强磁各向异性、可在室温下工作的本征二维层状铁磁材料变得越来越重要。

二维范德华Fe₃GaTe₂以其优异的性能而闻名，包括高达380 K的稳健本征铁磁性、强磁各向异性和显著的反常霍尔信号。尽管这些特性使其在磁电子和自旋电子系统中具有广阔的应用前景，但研究人员对于其磁性的本质仍存在争议，而这对于其多样化的应用至关重要。近期的讨论主要集中在与自旋维度、各向异性、拓扑结构和临界行为相关的复杂自旋耦合和磁相互作用上。

这项工作运用临界分析、氮-空位（NV）中心磁测法和密度泛函理论（DFT）对Fe₃GaTe₂单晶体的磁性进行了全面研究。主要研究结果如下：

1. --通过临界现象分析和DFT计算发现，Fe₃GaTe₂表现出具有高度各向异性交换的多重自旋耦合。这些发现表明，由于Fe³⁺向周围Ge/Te原子净转移约0.22个电子而产生的各向异性耦合，驱动了巡游自旋和局域自旋之间的竞争。

3. --研究结果表明，通过NV中心磁测法证实，即使在少层厚度（16 nm）下，Fe₃GaTe₂的铁磁性仍然很强。这表明它在室温以上工作的自旋电子器件中具有潜在应用。由于不同的层内自旋相互作用能（J₁约为66.74 meV，J₂约为17.33 meV）和层间自旋相互作用能（J_z约为3.78 meV），薄Fe₃GaTe₂片的面外铁磁性得以稳定。

5. --对Fe₃GaTe₂费米面附近的等能轮廓线的分析表明，存在空穴和电子口袋，并且在K/K′点周围的轮廓线发生了畸变，这表明六角三角翘曲效应会显著影响输运性质、拓扑特性和光电性质。

7. --通过研究层分辨的电子能带结构发现，费米面附近存在层-谷耦合，K和K′谷的能带与不同的层相关。

这项研究为层状Fe₃GaTe₂的优异性能提供了关键见解，为其在先进电子领域的应用铺平了道路。未来，将重点研究Fe₃GaTe₂的微波响应，并探索其他具有磁有序的二维范德华材料。

全文下载：Multiple spin couplings and layer−valley interactions in room-temperature ferromagnetic Fe₃GaTe₂Azizur Rahman, Majeed Ur Rehman, Zheng Chen, Waqas Ahmad, Zia Ur Rahman, Yang Yang, Min Ge, Lei ZhangFront. Phys. (Beijing), 2025, 20(3): 033201

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