单原子厚度多孔二维 C$_2$N 单层中的可调谐半金属磁性

探索具有磁有序的二维(2D)材料是当前研究的热点。在不引入外来磁性原子或缺陷的情况下，在单原子厚度材料中实现可调磁性仍是一项挑战。本文基于第一性原理计算提出，在最近合成的多孔二维 C$_2$N ($h$2D-C$_2$N) 单层中，可通过易于用栅极实现的纯电子掺杂来实现可调铁磁性。我们表明，由于能带结构中显著的范霍夫奇点，该材料即使在较小掺杂水平下也表现出铁磁性。值得注意的是，在 4$\times$10$^{13}$/cm$^2$ 至 8$\times$10$^{13}$/cm$^2$ 的宽掺杂范围内，体系变为半金属，载流子完全自旋极化。估计的居里温度可达 320 K。除栅极调控外，我们发现磁性也可通过晶格应变有效调控。我们的结果确定 $h$2D-C$_2$N 是首个具有单原子厚度且能承载栅极可调室温半金属磁性的材料，表明其可作为探索纳米尺度磁性和柔性自旋电子器件的有前景平台。