单层Fe$_{3}$GaX$_{2}$ (X=I, Br, Sb)：高温二维磁体与一种新型部分有序自旋态

我们系统研究了电荷掺杂和应变对单层Fe$_3$GaTe$_2$的影响，并提出了三种新型二维磁性材料：单层Fe$_3$GaX$_2$ (X=I, Br, Sb)。我们发现应变和电荷掺杂均可调控磁相互作用，且电荷掺杂的调控更为显著。差分电荷分析表明，掺杂电荷主要聚集在Te原子周围。基于这一认识，我们引入了Fe$_{3}$GaI$_{2}$、Fe$_{3}$GaBr$_{2}$和Fe$_{3}$GaSb$_{2}$单层。Fe$_{3}$GaI$_{2}$和Fe$_{3}$GaBr$_{2}$单层包含I和Br原子而非Te原子，模拟了电子掺杂的Fe$_{3}$GaTe$_{2}$单层，从而分别获得了867 K和844 K的显著高T$_c$值。相比之下，Fe$_3$GaSb$_2$单层模拟了空穴掺杂的Fe$_{3}$GaTe$_{2}$单层，呈现出铁磁和反铁磁相互作用的混合，表现出一种独特的部分有序磁态。我们的研究表明，基于电荷掺杂效应的替代原子方法为预测新型磁性材料提供了一条有前景的途径。所提出的Fe$_{3}$GaI$_{2}$、Fe$_{3}$GaBr$_{2}$和Fe$_{3}$GaSb$_{2}$单层在自旋电子学应用中具有巨大潜力，并可能激发对新型自旋液体的探索。