近日，博彩论坛 李晓教授，李秀玲副教授和周智超老师合作研究了二维卤化过渡金属双硫族化物的物理性质，在其磁性和拓扑方面取得系列进展。相关研究成果分别以“Turning Nonmagnetic Two-Dimensional Molybdenum Disulfides into Room-Temperature Ferromagnets by the Synergistic Effect of Lattice Stretching and Charge Injection”为题发表在Journal of Physical Chemistry Letters，和以“Quantum anomalous Hall state in a fluorinated 1T-MoSe₂ monolayer”为题作为Letter发表在Physical Review B上。其中，第一篇论文的第一作者为博彩论坛 2020级研究生武婧同学，通讯作者为李秀玲副教授和海南大学吴道雄副研究员；第二篇论文的第一作者为博彩论坛 2022级研究生张振同学，李晓教授和周智超老师为论文的通讯作者。

二维材料的磁性和拓扑是近年来凝聚态物理研究的前沿热点方向。其中，寻找室温铁磁性且兼具良好环境稳定性的二维材料是二维磁性材料从理论研究走向实际应用的关键。同时，在二维室温磁性材料中实现陈绝缘体态对设计高能效的自旋电子学器件有着重要的意义。为实现二维室温铁磁序，李秀玲副教授等人提出对研究相对成熟、材料选择多样的二维非磁性材料进行改性，进而将非磁性转变为铁磁性的一般策略。他们发现表面化学修饰能使非磁性的过渡金属双硫化物发生较大的晶格畸变和电荷转移，导致过渡金属原子所处的晶体场发生形变，进而改变d能级的分裂和填充状态。这为材料从非磁性到铁磁性的转变提供了机会。第一性原理计算表明卤化后的MoS₂单层表现出单一自旋的半金属性质，具有400 K以上的铁磁居里温度和良好的环境稳定性。上述研究为设计二维室温磁性材料提供的一个可能的途径，有望应用于更多的二维材料。

在上述工作的基础上，李晓教授和周智超老师等人研究了二维卤化过渡金属双硫族化物的拓扑性质。他们发现表面化学修饰会使拓扑平庸的MoSe₂单层变得非平庸。氟化的MoSe₂单层能带结构在费密面附近K_± 谷处呈现出单自旋的二次型色散和三角卷曲效应。引人注目的是自旋轨道耦合作用的引入会在两个谷处打开大于100 meV的带隙，实现了一个非平庸的陈数为2的量子反常霍尔态。此外，作者构建了该单层材料的低能有效模型，用以解释其非平庸的拓扑性质。该工作发现的大能隙、高陈数的量子反常霍尔态，扩大了陈绝缘体的选择范围，为在高温下实现鲁棒的、多重的量子导电通道提供了可能。

以上工作得到了国家自然科学基金、江苏省特聘教授等项目的资助。

文章链接：

//pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.3c03478

//journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.109.L081406