Magnetism in two-dimensional materials is not only of fundamental scientific interest but also a promising candidate for numerous applications. However, studies so far, especially the experimental ones, have been mostly limited to the magnetism arising from defects, vacancies, edges, or chemical dopants which are all extrinsic effects. Here, we report on the observation of intrinsic antiferromagnetic ordering in the two-dimensional limit. By monitoring the Raman peaks that arise from zone folding due to antiferromagnetic ordering at the transition temperature, we demonstrate that FePS3 exhibits an Ising-type antiferromagnetic ordering down to the monolayer limit, in good agreement with the Onsager solution for two-dimensional order–disorder transition. The transition temperature remains almost independent of the thickness from bulk to the monolayer limit with TN ∼ 118 K, indicating that the weak interlayer interaction has little effect on the antiferromagnetic ordering.

Abstract The range of mechanically cleavable Van der Waals crystals covers materials with diverse physical and chemical properties. However, very few of these materials exhibit magnetism or magnetic order, and thus the provision of cleavable magnetic compounds would supply invaluable building blocks for the design of heterostructures assembled from Van der Waals crystals. Here we report the first successful isolation of monolayer and few-layer samples of the compound nickel phosphorus trisulfide (NiPS 3 ) by mechanical exfoliation. This material belongs to the class of transition metal phosphorus trisulfides (MPS 3 ), several of which exhibit antiferromagnetic order at low temperature, and which have not been reported in the form of ultrathin sheets so far. We establish layer numbers by optical bright field microscopy and atomic force microscopy, and perform a detailed Raman spectroscopic characterization of bilayer and thicker NiPS 3 flakes. Raman spectral features are strong functions of excitation wavelength and sample thickness, highlighting the important role of interlayer coupling. Furthermore, our observations provide a spectral fingerprint for distinct layer numbers, allowing us to establish a sensitive and convenient means for layer number determination.

Emergent phenomena driven by electronic reconstructions in oxide heterostructures have been intensively discussed. However, the role of these phenomena in shaping the electronic properties in van der Waals heterointerfaces has hitherto not been established. By reducing the material thickness and forming a heterointerface, we find two types of charge-ordering transitions in monolayer VSe2 on graphene substrates. Angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) uncovers that Fermi-surface nesting becomes perfect in ML VSe2. Renormalization-group analysis confirms that imperfect nesting in three dimensions universally flows into perfect nesting in two dimensions. As a result, the charge-density wave-transition temperature is dramatically enhanced to a value of 350 K compared to the 105 K in bulk VSe2. More interestingly, ARPES and scanning tunneling microscopy measurements confirm an unexpected metal–insulator transition at 135 K that is driven by lattice distortions. The heterointerface plays an important role in driving this novel metal–insulator transition in the family of monolayer transition-metal dichalcogenides.