To study the 2D materials, an interface interaction is very important to tune the physical properties because of the large specific surface area. When the antiferromagnetic α-Fe2O3 is grown in a single-crystalline form on a diamagnetic MoS2, enormous changes in magnetic properties are observed in the 2D composite system. Strong ferromagnetism with a giant coercivity of 1.8 T is observed in this single-crystalline α-Fe2O3/MoS2 heterostructure. It is noted that thinner sheets show better coercivity than the thicker sheets, and the coercivity decreases with the increase in temperature. This huge coercivity in larger and thinner single-crystalline α-Fe2O3 sheets grown on a MoS2 arises due to charge transfer from “S” to “Fe” and the surface pinning effect at the interface. A large negative magnetoresistance with a maximum value of 15% is achieved due to the spin-spin interaction, and a positive magnetoresistance is also observed at low field and high temperature as a result of the spin splitting effect.

1.
S. Z.
Butler
,
S. M.
Hollen
,
L.
Cao
,
Y.
Cui
,
J. A.
Gupta
,
H. R.
Gutiérrez
,
T. F.
Heinz
,
S. S.
Hong
,
J.
Huang
,
A. F.
Ismach
,
E. J.
Halperin
,
M.
Kuno
,
V. V.
Plashnitsa
,
R. D.
Robinson
,
R. S.
Ruoff
,
S.
Salahuddin
,
J.
Shan
,
L.
Shi
,
M. G.
Spencer
,
M.
Terrones
,
W.
Wind
, and
J. E.
Goldberger
,
ACS Nano
7
,
2898
2926
(
2013
).
2.
A. K.
Geim
and
I. V.
Grigorieva
,
Nature
499
,
419
425
(
2013
).
3.
W.
Han
,
APL Mater.
4
,
032401
(
2016
).
4.
M.
Lin
,
H. R.
Tan
,
J. P. Y.
Tan
, and
S.
Bai
,
J. Phys. Chem. C
117
,
11242
11250
(
2013
).
5.
J.-P.
Jolivet
,
C.
Chanéac
, and
E.
Tronc
,
Chem. Commun.
5
,
481
487
(
2004
).
6.
A.
Debnath
,
S.
Bhattacharya
, and
S. K.
Saha
,
Phys. Rev. B
96
,
214433
(
2017
).
7.
I.
Žutić
,
J.
Fabian
, and
S. D.
Sarma
,
Rev. Mod. Phys.
76
,
323
410
(
2004
).
8.
X.
Liu
,
C. Z.
Wang
,
Y. X.
Yao
,
W. C.
Lu
,
M.
Hupalo
,
M. C.
Tringides
, and
K. M.
Ho
,
Phys. Rev. B
83
,
235411
(
2011
).
9.
S.
Bhattacharya
,
D.
Dinda
,
B. K.
Shaw
,
S.
Dutta
, and
S. K.
Saha
,
Phys. Rev. B
93
,
184403
(
2016
).
10.
S.
Bhattacharya
,
E. M.
Kumar
,
R.
Thapa
, and
S. K.
Saha
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
032404
(
2017
).
11.
S. M.
Suturin
,
A. M.
Korovin
,
S. V.
Gastev
,
M. P.
Volkov
,
A. A.
Sitnikova
,
D. A.
Kirilenko
,
M.
Tabuchi
, and
N. S.
Sokolov
,
Phys. Rev. Mater.
2
,
073403
(
2018
).
12.
S.
Giri
,
S.
Samanta
,
S.
Maji
,
S.
Ganguli
, and
A.
Bhaumik
,
J. Magn. Magn. Mater.
285
,
296
302
(
2005
).
13.
F.
Bødker
,
M. F.
Hansen
,
C. B.
Koch
,
K.
Lefmann
, and
S.
Mørup
,
Phys. Rev. B
61
,
6826
(
2000
).
14.
H. M.
Rietveld
,
J. Appl. Cryst.
2
,
65
(
1969
).
15.
L.
Lutterotti
, see http://maud.radiographema.eu/ for MAUD 2015, version 2.65.
16.
W.
Luo
,
C.
Jiang
,
Y.
Li
,
S. A.
Shevlin
,
X.
Han
,
K.
Qiu
,
Y.
Cheng
,
Z.
Guo
,
W.
Huang
, and
J.
Tang
,
J. Mater. Chem. A
5
,
2021
(
2017
).
17.
K.
Cheng
,
Y. P.
He
,
Y. M.
Miao
,
B. S.
Zou
,
Y. G.
Wang
,
T. H.
Wang
,
X. T.
Zhang
, and
Z. L.
Du
,
J. Phys. Chem. B
110
,
7259
7264
(
2006
).
18.
M. V.
Reddy
,
T.
Yu
,
C.-H.
Sow
,
Z. X.
Shen
,
C. T.
Lim
,
G. V. S.
Rao
, and
B. V. R.
Chowdari
,
Adv. Funct. Mater.
17
,
2792
2799
(
2007
).
19.
J.
Chen
,
L.
Xu
, and
W.
Li
,
Adv. Mater.
17
,
582
586
(
2005
).
20.
R.
Huang
,
R.
Liang
,
H.
Fan
,
S.
Ying
,
L.
Wu
,
X.
Wang
, and
G.
Yan
,
Sci. Rep.
7
,
7858
(
2017
).
21.
B. J.
Tan
,
K. J.
Klabunde
, and
P. A.
Sherwood
,
Chem. Mater.
2
,
186
191
(
1990
).
22.
Z.
Li
,
X.
Mu
,
Z. Z.
Karger
,
T.
Diemant
,
R. J.
Behm
,
C.
Kübel
, and
M.
Fichtner
,
Nat. Commun.
9
,
5115
(
2018
).
23.
T. C.
Taucher
,
I.
Hehn
,
O. T.
Hofmann
,
M.
Zharnikov
, and
E.
Zojer
,
J. Phys. Chem. C
120
,
3428
3437
(
2016
).
24.
C.
Majumder
,
S.
Bhattacharya
, and
S. K.
Saha
,
Phys. Rev. B
99
,
045408
(
2019
).
25.
S.
Bhattacharya
,
D.
Dinda
,
E. M.
Kumar
,
R.
Thapa
, and
S. K.
Saha
,
J. Appl. Phys.
125
,
233904
(
2019
).
26.
D.
Barreca
,
A.
Gasparotto
,
O. I.
Lebedev
,
C.
Maccato
,
A.
Pozza
,
E.
Tondello
,
S.
Turnerc
, and
G. V.
Tendeloo
,
CrystEngComm
12
,
2185
2197
(
2010
).
27.
X.-G.
Wang
,
W.
Weiss
,
S. K.
Shaikhutdinov
,
M.
Ritter
,
M.
Petersen
,
F.
Wagner
,
R.
Schlögl
, and
M.
Scheffler
,
Phys. Rev. Lett.
81
,
1038
(
1998
).
28.
R. M.
Cornell
and
U.
Schwertmann
,
The Iron Oxides: Structure, Properties, Reactions, Occurrences, and Uses
, 2nd ed. (
Wiley-VCH
,
New York
,
2003
).
29.
T. S.
Niedrig
,
W.
Weiss
, and
R.
Schlögl
,
Phys. Rev. B
52
,
17449
(
1995
).
30.
J.
Lee
and
S.
Han
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
15
,
18906
(
2013
).
31.
G.
Rollmann
,
A.
Rohrbach
,
P.
Entel
, and
J.
Hafner
,
Phys. Rev. B
69
,
165107
(
2004
).
32.
M.
Catti
,
G.
Valerio
, and
R.
Dovesi
,
Phys. Rev. B
51
,
7441
(
1995
).
33.
T. P.
Trainor
,
A. M.
Chaka
,
P. J.
Eng
,
M.
Newville
,
G. A.
Waychunas
,
J. G.
Catalano
, and
G. E.
Brown
, Jr.
,
Surf. Sci.
573
,
204
224
(
2004
).
34.
E.
Brok
,
K.
Lefmann
,
G. J.
Nilsen
,
M.
Kure
, and
C.
Frandsen
,
Phys. Rev. B
96
,
104426
(
2017
).
35.
S.
Mitra
,
S.
Das
,
S.
Basu
,
P.
Sahu
, and
K.
Mandal
,
J. Magn. Magn. Mater.
321
,
2925
2931
(
2009
).
36.
S.
Xu
,
A. H.
Habib
,
S. H.
Gee
,
Y. K.
Hong
, and
M. E.
McHenry
,
J. Appl. Phys.
117
,
17A315
(
2015
).
37.
J. M. D.
Coey
,
A.
Barry
,
F. M.
Brotto
,
H.
Rakotos
,
S.
Brennan
,
W. N.
Mussel
,
A.
Collomb
, and
D.
Fruchart
,
J. Phys. Condens. Matter
7
,
759
768
(
1995
).
38.
H.
Liu
,
J.
Wang
,
T.
Yu
,
S.
Fan
, and
M.
Shen
,
Catal. Sci. Technol.
4
,
1350
(
2014
).
39.
S. R.
Shinde
,
R.
Ramesh
,
S. E.
Lofland
,
S. M.
Bhagat
,
S. B.
Ogale
,
R. P.
Sharma
, and
T.
Venkatesan
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
3443
(
1998
).
40.
Y.
Chen
and
J.
Washburn
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
4046
(
1996
).
41.
D. J.
Olego
,
K.
Shahzad
,
J.
Petruzzello
, and
D.
Cammack
,
Phys. Rev. B
36
,
7674(R)
(
1987
).
42.
J.
Hoffman
,
I. C.
Tung
,
B. B. N.
Cheeseman
,
M.
Liu
,
J. W.
Freeland
, and
A.
Bhattacharya
,
Phys. Rev. B
88
,
144411
(
2013
).
43.
T.
Kawamoto
,
Y.
Asai
, and
S.
Abe
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
348
(
2001
).
44.
R. P.
Khosla
and
J. R.
Fischer
,
Phys. Rev. B
2
,
4084
(
1970
).
45.
J.
Kondo
,
Prog. Theor. Phys.
32
,
37
(
1964
).
46.
J. A.
Peters
,
N. D.
Parashar
,
N.
Rangaraju
, and
B. W.
Wessels
,
Phys. Rev. B
82
,
205207
(
2010
).
47.
S. M.
Watts
,
S.
Wirth
,
S.
von Molnar
,
A.
Barry
, and
J. M. D.
Coey
,
Phys. Rev. B
61
,
9621
(
2000
).
48.
M.
Foygel
and
A. G.
Petukhov
,
Phys. Rev. B
76
,
205202
(
2007
).
49.
A. G.
Petukhov
and
M.
Foygel
,
Phys. Rev. B
62
,
520
(
2000
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.