图 （a）铁锗碲的磁化测量，（b）有/无铁锗碲磁芯的平面电感器性能对比，（c）二维铁磁低通滤波器增益的频谱响应图谱，（d）不同频率信号的滤波情况
在国家自然科学基金项目（批准号：52225207、52150103、11934005）等资助下，复旦大学物理学系修发贤教授研究团队在二维铁磁纳米机电器件方面取得进展。相关研究成果以“基于范德瓦尔斯铁磁的低通滤波器（Low-pass filters based on van der Waals ferromagnets）”为题，于2023年3月20日发表在《自然·电子》（Nature Electronics）杂志上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41928-023-00941-z。
自石墨烯被发现以来，基于二维材料的器件应用研究一直是材料领域的前沿方向。其中，范德瓦尔斯层状铁磁材料作为一种极具潜力的新型低维材料，在缩减器件尺寸、提高器件功率等方面有着显著的优势。虽然二维铁磁材料已经发展了数年，但基于二维铁磁的纳米机电器件的研究仍存在诸多挑战。原因在于，二维铁磁材料难以实现大规模制备，其居里温度远低于室温，与大多数纳米机电器件的制备和工作条件不相匹配。
为此，该研究团队采用分子束外延的生长方法成功制备了晶圆级铁锗碲薄膜材料，并通过铁元素掺杂的方式调控铁锗碲的磁性，将其居里温度提高到了380 K，远超室温的居里温度，为器件的稳定性提供了保障。并以此为基础，构建了以少层铁锗碲为磁芯的平面电感器，相较于传统的平面电感器，这种新型二维铁磁电感器大大减小了器件的厚度与体积，与此同时，仍具有相对较好的器件性能。该研究团队在实验中发现，拥有铁锗碲磁芯的器件相比于无磁芯的器件电感性能提升了74%，充分表明了铁09锗碲作为磁芯在器件中起到了关键作用（图）。该团队进一步构建了一系列巴特沃斯低通滤波器。这种低通滤波器对高于截止频率的信号有明显的衰减效应，对于100 Hz与200 Hz频率的杂波信号有很好的滤波效果。同时，通过设计不同线圈匝数可以有效调节截止频率并获得高达40 dB的动态范围。
该研究工作构建了基于二维铁磁材料的纳米机电器件，为构筑新型低维电子器件与电路提供了新的设计思路。