空穴掺杂诱导层状CdOHCl中的半金属铁磁性

下一代自旋电子器件将受益于低维性、铁磁性和半金属性，并可能由电场调控。我们发现这些具有技术吸引力的特征与掺杂CdOHCl中磁性的奇异微观起源相结合，CdOHCl是一种可剥离出二维层的范德瓦耳斯材料。通过第一性原理模拟，我们预测均匀的空穴掺杂会在块体和单层相中引发$p$带磁性，并基于Stoner不稳定性解释我们的发现：当费米能级通过二维类态密度的奇点经空穴掺杂调谐时，铁磁性随之发展，每个空穴具有1 $\mu_B$的大饱和磁化强度，从而在层级载流子密度约为10$^{14}$ cm$^{-2}$时导致半金属行为。此外，我们提出静电掺杂作为在CdOHCl单层和双层中诱导磁性的额外手段。在施加垂直于原子薄膜的临界电场时（双层和单层情况下分别低至0.2 V/$A{\deg}$和0.5 V/$A{\deg}$），我们设想会出现磁性半金属态。单层与双层系统的不同行为，以及双层中对正负电场的非对称响应，均基于CdOHCl原子堆叠的固有极性（该材料的一个显著特征）加以解释。展望而言，鉴于CdOHCl双层中临界场的实验可及量级，可以设想$p$带磁性在微型化自旋电子器件中得到利用。