二维(2-D)材料的出现，为探索和调整二维极限内的奇异物理性质提供了极好的平台，促进了现代凝聚态物理和纳米电子器件的发展。在各种奇怪的物理性质中，二维磁性是最重要的课题之一，在自旋电子学中显示出潜在的应用。近年来，研究人员发现了一系列本征二维磁性材料，如CrI 3和Fe 3 GeTe 2。然而，目前发现的二维磁性材料大多在大气中不稳定，限制了二维磁性的进一步研究和应用。因此，关键问题是如何在气稳二维材料中诱导磁性。
最近，北京大学王健教授与清华大学段教授和北京大学教授合作，探测了过渡金属二硫化物PtSe 2薄片中Pt空位引起的局部磁矩，揭示了其来源和薄片局部磁矩的厚度依赖性。题为“过渡金属二氯化物薄片中原子疫苗诱导的磁矩”的论文发表在《高级材料》在线版上。本文作者是北京大学的王教授、清华大学的段教授和张教授。北京大学的葛军、罗天闯、清华大学的林祖章、武汉大学的石建萍对此作出了同等的贡献(合著)。
用化学气相沉积法生长了厚度为8-70纳米的PtSe 2薄膜，透射电子显微镜和选区电子衍射证实了其高结晶质量。研究人员进一步制作了不同厚度的PtSe 2器件，并研究了它们的电传输特性。在高温下，纵向电阻随着温度的降低而降低，这是一种典型的金属行为。有趣的是，随着温度的进一步降低，纵向电阻呈对数增加，然后在超低温下趋于饱和。
在低温下，当施加面内磁场时，可以检测到各向同性的负磁阻。进一步分析表明，纵向电阻随着温度和各向同性核磁共振的降低而对数增加，这是由近藤效应引起的。众所周知的近藤效应通常发生在掺杂磁性杂质的非磁性金属中，这是由非磁性物体的导电电子自旋与磁性杂质之间的交换相互作用引起的。然而，表征结果表明PtSe 2薄片中没有磁性元素。
理论计算揭示了PtSe 2薄片局部磁矩的来源。在PtSe 2薄膜的生长过程中，不可避免地会出现Pt空位缺陷。Pt空位导致相邻三个硒原子的P轨道不对称分布，占据自旋多数态和少数态，最终产生局部磁矩。令人惊讶的是，观测到的磁矩似乎与厚度有关。当薄板厚度减小时，局部磁矩增加。理论上，样品中的局部磁矩主要由样品表面的铂空位贡献。随着PtSe 2厚度的减小，表面与体积之比增大，导致表面空位的相对比例增大。结果，每个缺陷感应的平均磁矩随着厚度的减小而增加，这与实验观察一致。这项工作为非磁性二维材料，特别是空气稳定的二维材料的原子尺度磁调制提供了一种新的途径，对自旋电子学和量子信息的发展具有潜在的意义。
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