二維層狀磁性材料展現出如反常量子霍爾效應、巨大的隧道磁阻等奇特的物理特性。負磁阻材料在磁場中的電阻會下降，這一反常特性使其在現代磁傳感器、電磁保護和自旋場效應晶體管中具有獨特應用。近年來，科學家在二維層狀材料中發現了一些負磁阻效應，例如，FeNbTe₂晶體中出現本征的負磁阻效應（nMR=-1%）是自旋玻璃態和安德森電子局域的綜合效應導致。在II型狄拉克半金屬PtSe₂中的鉑空位會引起局部磁矩，從而產生各向同性的負磁阻現象和Kondo效應。然而，層狀過渡金屬硫屬化合物家族中具有本征負磁阻效應的材料稀缺。

　　基于“結構功能區”的設計思想，中國科學院上海硅酸鹽研究所先進材料與新能源應用研究團隊與北京大學、復旦大學合作，設計出新型的二維層狀反鐵磁材料CrZr₄Te₁₄。單層CrZr₄Te₁₄由一維的[CrTe₂]磁性原子鏈和[ZrTe₃]原子鏈按照1:4共點連接而成，每一層通過范德瓦爾斯鍵堆疊而成。研究在掃描透射電子顯微鏡下可以觀察到一維的[CrTe₂]原子鏈被[ZrTe₃]鏈所隔開。此外，科研人員通過變溫拉曼光譜探究了CrZr₄Te₁₄在低溫下原子振動模式的演變，通過擬合可知拉曼峰的溫度依賴系數高于二硫化鉬這些典型的層狀材料，這是該結構中每一層上的褶皺結構導致的。

　　科研團隊研究了CrZr₄Te₁₄磁性起源和不同方向磁場下的電學輸運特性。CrZr₄Te₁₄在6K下發生反鐵磁轉變，計算表明磁性來自具有高自旋電子態的鉻離子。在強磁場下，少層的CrZr₄Te₁₄電子器件表現出巨負磁阻效應。由于CrZr₄Te₁₄準一維結構特點，在不同方向的磁場下負磁阻行為具有明顯的各向異性。

　　相關研究成果以Quasi-1D van der Waals Antiferromagnetic CrZr₄Te₁₄ with Large In-Plane Anisotropic Negative Magnetoresistance為題，發表在Advanced Materials上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市科學技術委員會和博新計劃等的支持。

　　論文鏈接 

　　CrZr₄Te₁₄的原子結構示意圖、拉曼光譜及XRD譜

　　CrZr₄Te₁₄單晶樣品的磁性及磁阻行為