近年来，可解离的准二维铁磁化合物在科研领域引发了广泛关注。其中，单层CrGeTe3和CrI3的长程铁磁序的揭示，为研究维度依赖的磁相变及开发高性能自旋电子器件提供了重要的实验平台。近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心A02组在郭建刚研究员指导下，博士生陈昭旭取得了一项里程碑式的成果。
他们聚焦于新型二维铁磁材料Fe3GaTe2，该材料不仅拥有高达342 K（即-91°C）的居里温度，展现出卓越的高温铁磁性，而且具有显著的垂直磁各向异性。研究人员通过系统地进行标度分析与电磁输运研究，揭示了Fe3GaTe2块材至二维极限下的磁相变特性，并确认其为首个表现出三维Ising层状铁磁体特征的材料。研究过程中，当样品厚度降低至3 nm时，观察到了类似金属-半导体转变的现象，电阻曲线在低温下可通过Mott变程跃迁模型进行拟合。此外，在不同厚度样品中，还观测到了一个隐藏的磁相变现象，这可能与铁磁、反铁磁相互竞争引起的三重临界点有关。特别是在约169 nm厚的样品中，反常霍尔电阻曲线在140-150 K温区内出现明显的“电阻跳跃”，这一现象与交换相互作用与磁各向异性的强度比值变化紧密相关。
研究团队绘制出沿c轴方向的磁相图，详细展示了Fe3GaTe2的温度与厚度对其磁性的影响规律。随着厚度减小，居里温度Tc呈现出下降趋势，而在约10 nm厚度附近，铁磁顺磁相变温度Tc1与磁化翻转过程中的转变温度Tc2趋于相等，表明在矫顽场附近的反磁化形核导致整个样品发生磁化翻转。
这项研究成果以《High-Tc Ferromagnetic Semiconductor in Thinned 3D Ising Ferromagnetic Metal Fe3GaTe2》为题发表在Nano Lett.杂志上，得到了北京自然科学基金委（项目编号220005）的支持。这一重大突破不仅深化了对二维铁磁体系物性的理解，更为未来设计和制备高性能二维铁磁半导体器件奠定了坚实的基础。
