近日，由我校梁希侠教授与刘志锋博士共同指导的2014级硕士研究生刘俊艳，在二维室温铁磁半金属材料的研究方面取得重要进展，相关成果以Computational Search for Two-Dimensional Intrinsic Half-Metals in Transition-Metal Dinitrides为题发表在J. Mater. Chem. C (JMCC) 上。该期刊为SCI一区期刊，影响因子5.06。这一成果标志着我校计算材料物理方向的研究生培养水平有了显著提高。

自石墨烯发现以来，二维材料成为物理学、材料学、化学等诸多领域的研究热点。随着实验技术的进步，近年来实验合成了越来越多的类石墨烯二维材料，如硅烯、黑磷、过渡金属二硫化物等。由于奇异的物理、化学特性，这些纳米单层材料在诸多领域彰显出巨大的应用前景。然而，这些材料的本征态大多是非磁性的，亦或有磁性但铁磁耦合强度很弱而难以在室温下稳定存在。这极大地阻碍了二维材料在自旋电子学领域的应用。 因此，通过第一性原理高通量计算，搜索具有室温稳定性的本征二维铁磁材料，特别是具有100%自旋极化的半金属铁磁材料，具有重要意义。不仅可以大幅缩短实验周期，加快低维自旋电子学器件开发进程，也将为深层的理论研究提供理想的物质平台。

该论文研究团队，基于最近实验上合成的富氮MoN₂层状结构，在TMN₂（TM=Ti–Fe，Zr–Ru，Hf–Os）的三十种备选结构中，利用高通量计算，搜索具有本征铁磁半金属性的稳定结构。研究结果表明，具有八面体结构的1T-TaN₂单层不仅具有理想的动力学、热学、力学稳定性，而且因为N-N之间的直接交换作用而拥有稳定的铁磁基态，且其居里温度高达339 K。与以往报道过的二维过渡金属化合物不同的是，1T-TaN₂单层的半金属性及磁矩主要来源于非金属氮原子的p轨道而非过渡金属原子（Ta）的局域d轨道，这有益于克服因过渡金属原子间强自旋—轨道耦合作用引起的自旋弛豫时间短这一问题。此外，HSE06方法计算得到该体系的半金属带隙为0.72 eV，足以阻止由于热扰动引起的自旋翻转。1T-TaN₂单层的上述优良特性有望成为下一代纳米自旋电子器件的理想材料。

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http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/tc/c6tc04490e#!divAbstract

论文作者依次为刘俊艳, 刘志锋，宋铁磊和崔鑫，刘志锋为第一通讯联系人，内蒙古大学为第一署名单位。该工作得到了国家自然科学基金的支持。