中国科学出版社
在左边，铬阳离子和吡嗪自由基之间存在强的d-p直接交换磁相互作用
在中间，显示居里温度Tc
右图显示Cr(吡嗪)2单层是一种本征双极磁半导体，其中电掺杂可以诱导自旋极化方向可控的半金属导电
信用:李向阳和李星星
二维(2D)磁性半导体集半导体性、铁磁性和低维性于一体，是高速纳米电子器件的基石
然而，现今2D磁性半导体的实际应用面临两个关键问题:与室温相比，磁性居里温度相当低，以及缺乏简单有效的方法来控制载流子的自旋极化方向
因此，探索具有室温磁有序和可控自旋极化的2D磁性半导体是非常理想的
一方面，为了将磁性居里温度提高到室温
杨金龙的研究小组先前已经提出在矩形2D有机金属晶格如Cr(pentanlene)2和Cr(DPP)2中，在过渡金属阳离子和磁性有机连接基阴离子之间引入一种强d-p直接亚铁磁交换相互作用(见下图)
然而，到目前为止，它们的实验实现仍然是一个悬而未决的问题
此外，其中还没有实现对自旋极化的控制
另一方面，为了简单地通过电门实现对载流子自旋极化的直接控制，教授
杨金龙的研究小组此前提出了一类新的自旋电子材料，称为双极磁性半导体(BMS)，它可以通过改变外加电压门的极性，提供自旋极化方向可逆的完全自旋极化电流
值得一提的是，最有前途的具有BMS功能的2D材料是我们设计的2D MnPSe3纳米片，其中电子和空穴掺杂的自旋极化方向相反，并且可以通过施加外部电压门来控制
然而，2D MnPSe3的基态是反铁磁的，应该被掺杂以成为铁磁BMS
此外，掺杂下的磁性居里温度较低(高达206 K)，远远不能实际应用
在这里，通过结合我们最近提出的d-p直接亚铁磁交换方案和双极磁性半导体的概念，教授
杨金龙的研究小组向前迈出了重要的一步，通过剥离最近合成的有机金属层状晶体Li0，实现了具有室温亚铁磁有序和电可控自旋极化的2D本征BMS材料
7[铬(pyz)2]Cl0
7 0
25(THF) (pyz =吡嗪，THF =四氢呋喃)
剥离的可行性由相当低的剥离能0来证实
27 J/m2，甚至比石墨还要小
在剥离的Cr(pyz)2单层中，每个吡嗪环从Cr原子中抓住一个电子成为自由基阴离子，然后Cr阳离子和吡嗪自由基之间出现强的d-p直接交换磁相互作用，产生居里温度为342 K的室温亚铁磁性(见下图，中心图像)
此外，Cr(pyz) 2单层被揭示为一种本征双极磁性半导体，其中电掺杂可以诱导具有可控自旋极化方向的半金属传导(见下图)
设计双极磁半导体的意义
e
Cr(pyz)2单层片，总结如下: 将双极磁性半导体的磁性居里温度提高到室温
简单地通过电选通实现载流子自旋极化的直接控制
通过机械剥离容易制备
这种有机金属铁磁性半导体不仅为实现高Tc 2D磁性半导体提供了新的机遇，而且在电控纳米电子器件的设计中具有巨大的潜力
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