摘要
厦门大学张英干（第一作者）与福州大学萨百晟（通讯作者）和北京航空航天大学孙志梅教授（通讯作者）等合作利用第一性原理计算研究了50种MXene MCr2CTx，发现了在自旋电子器件领域非常有潜力的四种铁磁半金属、十种反铁磁半导体和一种反铁磁半金属。
关于文章
自旋电子学主要研究如何以电子自旋为信息载体，实现信息存储、逻辑运算和量子计算。二维磁性材料既是构造自旋电子学器件的基础，又是研究新奇物理现象的平台。通常，人们通过掺杂磁性原子或利用界面近邻效应在非磁性材料中引入磁性，但是这些非本征的磁性容易受到各种外界因素的影响。因此，在二维材料中获得本征磁性是研究人员的重要目标，而具有本征磁性的二维材料受到国内外的广泛关注。二维过渡金属碳化物（MXene）是一种新兴的二维材料，其中M代表前过渡金属元素，A是第三和第四主族元素，X表示C或N元素，MXene中丰富的过渡金属元素使其成为本征磁性材料的潜在候选者。
最近，厦门大学张英干（第一作者）与福州大学萨百晟（通讯作者）和北京航空航天大学孙志梅教授（通讯作者）等合作在国际知名学术期刊Nanoscale Horizons上发表题为：Computational design of double transition metal MXenes with intrinsic magnetic properties的研究论文，并选为期刊封面文章（Outside Back Cover）。该论文设计并通过第一性原理计算研究了50种MXene MCr2CTx (M = Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W; T = H, O, F, OH, bare)，发现其中有四种铁磁半金属ScCr2C2, ScCr2C2H2, ScCr2C2F2和YCr2C2H2，十种反铁磁半导体TiCr2C2, TiCr2C2H2, TiCr2C2F2, ZrCr2C2, ZrCr2C2F2, ZrCr2C2(OH)2, HfCr2C2, HfCr2C2H2, HfCr2C2F2, HfCr2C2(OH)2，一种反铁磁半金属ZrCr2C2(OH)2。其中，四种铁磁半金属的估算居里温度在109 K到230 K之间，远高于目前已通过实验合成的二维铁磁材料CrI3（其居里温度为45 K）。进一步以ScCr2C2为例，通过搭建1T-MoS2/ScCr2C2/2H-MoS2/ScCr2C2/1T-MoS2范德瓦尔斯磁性隧道结，通过计算预测该器件的隧穿磁阻率可达17600%，非常有潜力应用在磁随机存取存储器。该论文为理解MXene材料的本征磁性并为MXene材料在自旋电子学领域的应用提供了一种新策略。
文章信息
Computational design of double transition metal MXenes with intrinsic magnetic properties
Yinggan Zhang, Zhou Cui, Baisheng Sa*, Naihua Miao, Jian Zhou, Zhimei Sun*
NANOSCALE HORIZONS
DOI:10.1039/d1nh00621e