范德华${\mathrm{Fe}}_{3}{\mathrm{GeTe}}_{2}$异质结构中磁相互作用的调节：从头算方法的比较研究
作者研究了机械应变、堆叠顺序和外部电场对二维（2D）范德华异质结构的磁相互作用的影响，其中二维铁磁性金属 ${\mathrm{Fe}}_{3}{\mathrm{GeTe}}_{2}$ 单层沉积在锗烯上。使用了三种基于从头算方法的不同计算方法，（i）格林函数方法，（ii）广义布洛赫定理，和（iii）超胞方法，并进行了仔细的比较。首先，计算了独立${\mathrm{Fe}}_{3}{\mathrm{GeTe}}_{2}$单层晶胞内三个Fe原子的壳层分辨交换常数。作者发现，用方法（i）和（ii）获得的结果在质量上是一致的，并且与以前报道的值在质量上也是一致的。垂直于${\mathrm{Fe}}_{3}{\mathrm{GeTe}}_{2}$/锗烯异质结构施加 E=±0.5V/Å 的电场会导致交换常数的显著变化。结果表明，${\mathrm{Fe}}_{3}{\mathrm{GeTe}}_{2}$/锗烯中的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）主要由最近邻主导，导致方法（i）和（ii）之间的定量一致性良好。此外，作者证明了DMI可通过应变、堆叠和电场调节，从而产生铁磁/重金属界面相当的大DMI，铁磁/重金属界面已被公认为承载孤立skyrmions的典型多层体系。几何变化和杂化效应解释了DMI在界面处的高可调性的起源。通过方法（iii）获得的电场驱动DMI与方法（ii）中使用的更精确的从头算方法在质量上一致。然而，方法（iii）高估了DMI的场效应约50%。这种差异归因于方法（ii）和（iii）中应用的从头计算方法中使用的电场和基组的不同实现方法。磁各向异性能（MAE）也可以通过在${\mathrm{Fe}}_{3}{\mathrm{GeTe}}_{2}$/锗烯异质结构中施加压缩或拉伸应变而显著改变。相反，对于高达 1V/Å 的电场，施加电场只会导致MAE发生相对较小的变化。
- Li, D.; Haldar, S.; Drevelow, T.; Heinze, S. Tuning the Magnetic Interactions in van Der Waals ${\mathrm{Fe}}_{3}{\mathrm{GeTe}}_{2}$ Heterostructures: A Comparative Study of Ab Initio Methods. Phys. Rev. B 2023, 107 (10), 104428. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.104428.
通过相邻掺杂策略引入六方氮化硼的可调谐d0磁性
为了满足由于不断进步的自旋电子学对稀磁半导体（DMS）的需求，设计具有高稳定性、自旋极化和居里温度的d0-DMS是至关重要的。目前引入d0磁性的研究仅限于单原子掺杂，缺乏对局部磁矩和长距离磁耦合的调控措施。在此，采用相邻掺杂策略来引入用于调节d0-DMS的磁性能的自由度。作者观察到，通过分别引入Si和O原子作为中心和相邻掺杂剂，本征非磁性六方氮化硼（h-BN）表现出显著的局部磁矩。此外，还观察到掺杂h-BN的电离能、总磁矩、磁耦合和居里温度对Si–O配位敏感。随后，通过高Si–O配位掺杂设计了具有高热稳定性、100%自旋极化、长程铁磁耦合和高居里温度的磁性半金属（Si–O3掺杂的h-BN）。本研究以Si–O相邻掺杂h-BN的设计为例，提出了一种引入可调谐d0磁性的可行方法。
- Wang, B.; Ning, J.; Zhang, J.; Wang, D.; Zhang, C.; Hao, Y. Tunable D0 Magnetism of Hexagonal Boron Nitride Introduced through an Adjacent Doping Strategy. Applied Physics Letters 2023, 123 (5), 052403. https://doi.org/10.1063/5.0161271.
纤锌矿结构ZnSe:Co,Ni的高居里温度和半金属铁磁性：第一性原理研究
本项研究的目的是探索CoxZn1−xSe和NixZn1–xSe稀磁半导体（DMS）在铁磁（FM）相中的自旋极化电子能带结构、态密度（DOS）以及磁性，杂质浓度分别为12.5%和6.25%。计算方法为在局域自旋密度近似下、基于模守恒赝势方法和Hubbard U（LSDA + U） 的密度泛函理论方法。对总DOS（TDOS）曲线的分析显示了Ni掺杂和（Co，Ni）共掺杂ZnSe具有半金属FM特性，半金属带隙为1 ÷ 1.6 eV。确定了掺杂剂d态产生的交换分裂：对于CoxZn1−xSe，获得了多数自旋的有效电势比少数自旋的有效势更有吸引力。发现Co掺杂、Ni掺杂和共掺杂的ZnSe-DMS的总磁矩分别等于3、4和5.0 μB。NixZn1−xSe的居里温度高于室温，是可以用于自旋电子学应用的半金属铁磁（HMFM）材料。Co掺杂的ZnSe由于其低于居里温度而成为电子器件的极好选择。
- Jafarova, V. N.; Mamedov, N. T.; Musaev, M. A. High Curie Temperature and Half-Metallic Ferromagnetism in ZnSe:Co,Ni with Wurtzite Structure: First-Principles Study. physica status solidi (b) 2023, 260 (2), 2200360. https://doi.org/10.1002/pssb.202200360.
非磁性半导电Heusler化合物界面处的自旋极化二维电子/空穴气体：界面处半金属性的修正Slater-Pauling规则
每单胞具有18个价电子的半Heusler化合物是众所周知的非磁性半导体。利用第一性原理电子能带结构计算，作者研究了基于FeVSb、CoTiSb、CoVSn和NiTiSn化合物的半Heusler异质结的界面性质，这些化合物属于这类材料。结果表明，这些异质结界面中的部分不仅变成了金属界面，而且变成了磁性界面。自旋极化的出现伴随着界面处二维电子气或空穴气的形成。对界面处自旋极化起源的定性分析表明，强相关性是主要原因。对于同样存在半金属性的磁性界面的情况，作者提出了一个类似于体相半金属半Heusler化合物的修正的Slater-Pauling规则。此外，作者还计算了磁性界面的交换参数、居里温度和磁各向异性能量。本项研究以及最近证实CoTiSb/NiTiSn异质结处存在二维电子气的实验证据，可能会激励未来探索和实现使用这些异质结的器件应用。
- Gürbüz, E.; Ghosh, S.; Şaşıoğlu, E.; Galanakis, I.; Mertig, I.; Sanyal, B. Spin-Polarized Two-Dimensional Electron/Hole Gas at the Interface of Nonmagnetic Semiconducting Half-Heusler Compounds: Modified Slater-Pauling Rule for Half-Metallicity at the Interface. Phys. Rev. Mater. 2023, 7 (5), 054405. https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.7.054405.
二维VCII2中健壮的半金属性和可调谐铁磁性
最近二维（2D）铁磁（FM）材料的理论和实验发现，因其在自旋电子学中的潜在应用而引起了人们的极大兴趣。具有高自旋极化的2D FM材料对于未来的低维自旋电子学是值得期待的。半金属性在这种器件的发展中起着关键作用。在这里，作者使用基于第一性原理的密度泛函理论计算报道了一种新的2D纳米磁体VCII2。VCII2表现出令人兴奋的半金属特性，具有0.4的宽半金属间隙 eV。基态有利于铁磁耦合，居里温度Tc为21 K。FM基态的半金属性通过施加外部应变以及应变和电场的组合效应进一步实现。进一步在不同的刺激下观察到半金属→半导体→金属的相变，并具有反铁磁基态。Ez=7.5时 V/nm，在η=5%应变的情况下，计算的Tc估计为35 K、 其显示出比在未应变条件下观察到的Tc增加67%。这些特性表明，VClI2是一种很有前途的二维铁磁半金属，可用于未来存储设备中的应用，也丰富了二维磁性材料库。
- T. Mukherjee, P. Kumari, S. Kar, C. Datta, S. J. Ray; Robust half-metallicity and tunable ferromagnetism in two-dimensional VClI2. Journal of Applied Physics 28 February 2023; 133 (8): 084303. https://doi.org/10.1063/5.0139843