Date from:Direct-exchange-driven Room-temperature Ferromagnetism in Two-dimensional Semiconductors

二维 (2D) 铁磁 (FM) 半导体为下一代自旋电子学应用带来了巨大前景。然而,在室温下维持 FM 有序仍然具有挑战性,因为导致 FM 耦合的超级交换相互作用通常相当弱。在这里,我们提出半导体中的 FM 耦合可以起源于直接交换相互作用。利用紧密结合模型,我们表明,当一个离子的轨道小于半填充(例如 d<5)而另一个离子的轨道超过一半填充(例如 d>5)时,两个磁离子之间的 FM 耦合会通过直接交换增强,但会受到超级交换相互作用的抑制。然后,通过第一性原理计算,我们预测双过渡金属化合物半导体中的 d<5-d>5 直接交换相互作用 [例如 CrCoCF2 单层中的 d3(Cr3+)-d8(Co+) 相互作用] 可以将 FM 级稳定在室温以上。这些发现揭示了实现室温 FM 半导体的一般机制,为自旋电子学开辟了一条新途径。