近日，东南大学物理学院王金兰教授和董帅教授课题组联合在纳米类顶级刊物Nano Letters （影响因子12.712）上发表题为Surface Vacancy-Induced Switchable Electric Polarization and Enhanced Ferromagnetism in Monolayer Metal Trihalides的论文。该工作运用第一性原理计算，证实表面碘空缺可以增强单层CrI3的内禀铁磁性以及诱导出具有可开关性的电极化。
自从石墨烯诞生以来，原子厚度的二维层状材料便吸引了大量的研究兴趣，并且在许多领域展现出了诱人的应用前景。然而，其在自旋电子学领域的应用却进展十分缓慢，这主要归因于在传统的原子厚度二维材料中磁有序的缺失。近来，两个突破性的进展使得人们对原子厚度二维材料在自旋电子学中的应用看到了希望。首先，加州大学伯克利分校的Zhang Xiang课题组证实双层的Cr2Ge2Te6具有铁磁性（Nature 2017, 546, 265）。然后，华盛顿大学的Xu Xiaodong课题组在实验上成功地剥离出了单层的CrI3，并发现其具有二维的内禀铁磁性（Nature 2017, 546, 270）。
电是与磁相对应的另一个基本物理概念，电与磁通过四个麦克斯韦方程共同构建了电磁理论的框架。在原子厚度的二维材料中实现具有可开关性的电极化也是人们的长期追求。电与磁有着紧密的关联，如果磁和电同时出现在一个二维材料中，那么如此的材料必将会为纳米器件的设计带来更多的机会。通过第一性原理计算，王金兰教授与董帅教授团队发现表面的碘空缺不仅会增强CrI3的内禀铁磁性，而且还会诱导出具有可开关性的电极化。进一步的研究表明通过表面卤空缺来诱导出具有可开关性的电极化具有一定的普适性，它也适用于许多其它的金属三卤族化合物。
总之，这项工作拓展了单层CrI3的应用，建立了一个有效的策略来实现二维可开关性的电极化以及发现了一族具有可开关性电极化的二维材料。该工作的第一作者是物理学院毕业博士生赵英鹤，王金兰教授和董帅教授为文章的通讯作者。
以上工作受到国家重点研发计划、国家杰出青年基金等项目资助。论文链接为：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b00314