近日，我院凝聚态计算与理论物理研究所在二维磁性材料的铁磁性起源机制研究领域取得新进展，相关成果以《Edge-State-induced Magnetism in two-dimensional Hematene》为题，在线发表在国际知名期刊J. Mater. Chem. A上。论文第一作者为我院时俊杰硕士研究生，通讯作者为我院青年教师庞瑞博士和李顺方教授。

    二维磁性材料在小型化磁性读写和存储器件上有巨大的应用潜力，并且能作为实现量子反常霍尔效应的平台，对基础研究和技术应用都有重要的意义。然而，研究发现，二维材料的磁性易受热扰动的影响，很难在室温下保持。赤铁烯(Hematene，其对应的三维晶体并不是范德瓦耳斯层状材料）作为最新合成的为数不多的能在室温下表现出磁性的二维材料（Puthirath Balan, A. et al.. Nat. Nanotech. 13, 602-609, (2018).）备受关注，然而，其铁磁性起源问题从发表的相关文献来看，不同课题组的结论不同，甚至是相互矛盾。因此，如何正确理解赤铁烯室温下的铁磁微观机制是发展二维磁性材料的重要科学问题。

   针对上述问题，庞瑞老师和李顺方教授等指导硕士研究生时俊杰和任伟伟同学采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法结合蒙特卡洛模拟，对赤铁烯的原子结构、磁相互作用以及有限温度下的磁相变进行了深入研究。研究结果表明，本征赤铁烯的结构和1T相的二硫化钼类似，磁矩由铁原子提供，铁原子之间主要以反铁磁交换作用耦合，易磁化轴在平面内，基态磁矩呈列状排列，对外无净磁矩，且磁相变温度极低（不高于2.4 K)。但是，当赤铁烯以包含奇数个铁原子宽的纳米带的形式存在时，离域化的边缘态会破坏铁原子之间的超交换反铁磁耦合，并在铁原子之间产生等效的铁磁交换作用；对称性的降低增强了纳米带的磁各向异性；加之奇数原子宽的纳米条带中列状排列的反铁磁构型磁矩无法完全抵消，这三点因素造成特定宽度的赤铁烯纳米带可以表现出净磁矩，且磁性在室温左右仍能维持。该理论计算工作澄清了赤铁烯的磁性机制，并为设计高居里温度的磁性纳米结构提供了新思路。

    该工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金和河南省自然科学基金的支持。

    论文链接: https://doi.org/10.1039/D2TA05056K