具有室温铁磁性的二维Janus钛硫属化物

作者：张凯; 武晓君^*

来源：Acta Chimica Sinica, 2023, 81(09): 1142-1147.

• Janus单层材料
• 第一性原理
• 室温铁磁性
• 电子结构
• 异质结

设计具有室温磁性的二维铁磁材料是发展纳米尺度自旋电子学器件的重要基础,但目前实验合成的二维室温铁磁体种类有限且鲜有报道如何从非磁材料设计室温铁磁体.受近期实验合成JanusMo SSe单层结构的启发,基于第一性原理计算理论预测了一类具有新奇电子结构的二维室温铁磁体Janus TiXY (X=S、Se和Te; Y=H和F).声子谱计算和分子动力学模拟表明这些Janus单层材料具有晶格动力学和热力学稳定性.基于HSE06杂化泛函计算能带结构给出单层TiTeH和TiTeF是带隙为0.18和0.48eV的双极磁性半导体,其中TiTeH由于存在巨磁能带结构效应可以通过将自旋取向由面外翻转至面内实现能带交错-打开转变和自旋分裂调控,即达到自旋取向调控能带结构.单层TiSH、TiSeH、TiSF和TiSeF分别是自旋带隙为2.67、1.73、3.11和2.27eV的铁磁半金属材料.蒙特卡洛模拟给出TiXH和TiXF的居里温度范围分别为339～401 K和341～497 K,表明这些Janus单层材料均具有室温铁磁性.我们还发现在双层TiSF中存在与双层CrI3类似的堆积取向依附的层间磁耦合基态.此外当选用石墨烯作为保护层与TiXY形成异质结后单层Janus结构的本征电子结构特征可以保留.室温铁磁性以及丰富且可调控的电子结构使JanusTi XY材料成为一类理想的自旋电子学候选材料,同时基于非磁材料构建Janus结构为设计新型二维铁磁体开辟了一条崭新途径.

• 单位
  中国科学技术大学