深圳大学高等研究院李晓光研究员课题组在Elsevier出版社Applied Surface Science（影响因子：6.18，中科院一区）上发表论文，题为“Hole doping induced half metallic itinerant ferromagnetism and giant magnetoresistance in CrI3 monolayer”。该工作系统讨论了载流子掺杂对二维磁性材料CrI3的调控以及对其自旋输运性质的影响。团队成员于胜博士为论文第一作者，李晓光研究员为论文唯一通讯作者。该工作由深圳大学与美国乔治梅森大学共同完成，深圳大学高等研究院为第一完成单位和通讯单位。

具有各向异性的单原子层二维材料可以突破Mermin-Wagner定理中二维各向同性海森堡模型在有限温度内自发磁化是不存在的限制，从理论上指出了本征二维铁磁材料存在的可能性，这一论断在2017年，在实验上得到了验证。华盛顿大学的Xu Xiaodong教授课题组在实验上成功剥离出单原子层的CrI3，并首次发现其具有二维的内禀铁磁性（Nature,2017,546,270-273）。至此，掀起了近年来围绕二维磁性材料的研究热潮。二维磁性材料既是构造自旋电子学器件的基础，又是研究各类新奇物理现象的平台,因此对其物理性质的有效调控是当前物理研究的前沿及热点方向。相比于其它调控手段，载流子掺杂更容易实现二维磁性材料由半导体向半金属/金属的相变，从而对其磁性，如原子磁矩、材料居里温度以及其自旋输运性质进行有效的调控。

李晓光研究员课题组通过第一性原理计算结合蒙特卡洛分析方法探讨了空穴掺杂对单原子层CrI3磁性的影响。本研究表明掺杂引入了巡游电子铁磁性，从而加强了磁性离子间海森堡交换作用。材料居里温度在8.49×1014 cm-2掺杂浓度下由45K的低温（非掺杂下）提高至室温以上。在一定的掺杂浓度下，费米能级附近可以实现接近100%的自旋极化率。本研究同时利用第一性原理结合非平衡态格林函数方法模拟了其在空穴掺杂下的自旋输运性质，表明在一定掺杂浓度下自旋电子的磁阻率能达到104以上。该研究表明掺杂状态下的单原子层CrI3 在自旋场效应晶体管以及自旋电子学中具有广泛的应用前景。

该研究得到国家自然科学基金委、中国博士后科学基金和广东省基础与应用基础研究基金相关项目支持。原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0169433220324508

图注：(a) 单原子层CrI3自旋输运模型示意图。(b)自旋输运、(c)磁阻率及(d)原子磁矩与温度关系曲线受到空穴掺杂的影响。