铁磁半导体FeCl$_{2}$单层的独特电子态

二维（2D）范德瓦耳斯（vdW）磁性材料可作为超紧凑自旋电子学应用的理想平台。其中，三角晶格中的FeCl$_{2}$单层存在激烈争议。为此，我们利用一组精细的第一性原理计算、晶体场能级分析和蒙特卡洛模拟，严格考察其自旋-轨道态、电子结构与磁性质。我们的工作揭示，FeCl$_{2}$单层是一种铁磁（FM）半导体，其窄Fe $3d$能带的电子关联决定了约1.2 eV的带隙。需注意，仅当自旋-轨道耦合（SOC）被恰当处理时，才能实现独特的$d$$^{5\uparrow}$$l$$^\downarrow_{z+}$电子基态。进而，轨道与自旋对总磁矩的贡献（0.59 $\mu_{\rm B}$加3.56 $\mu_{\rm B}$）首次很好地解释了实验测得的4.3 $\mu_{\rm B}$/Fe垂直磁矩。此外，我们发现压缩应变进一步稳定$d$$^{5\uparrow}$$l$$^\downarrow_{z+}$基态，且增强的磁各向异性和交换耦合会将居里温度（$T_{\rm C}$）从原始FeCl$_{2}$单层的25 K提升至3$\%$-5$\%$压缩应变下的69-102 K。因此，FeCl$_{2}$单层确为一种引人注目的二维FM半导体。