Built-In Electric Field Modulation of Spontaneous Magnetism and Thermospin Transport in Boron-Nitrogen Doped Zigzag Graphene Nanoribbons
School of Physics and Optoelectronic Engineering, Guangdong Polytechnic Normal University（广东技术师范大学物理与光电工程学院）
该研究通过第一性原理计算，探究了硼氮掺杂锯齿形石墨烯纳米带的自发磁性与热自旋输运，利用内电场及外场可调控其磁态，室温下可生成纯热自旋电流，有望用于自旋热电子学原型器件。
2026-09-04 cond-mat.mes-hall
Controlling the magnetism of oxygen surface vacancies in strontium titanate $\mathrm{(SrTiO_3\!)}$ through charging
基于第一性原理计算，我们讨论了调节钛酸锶$(\mathrm{SrTiO_3}\!)$（001）表面氧空位磁性的可能性。由Ti-O断裂键引起的单个和簇状空位的磁矩可以通过与用电子或空穴掺杂系统相关的化学势调节来可控地猝灭和稳定。我们讨论在何种程度上这条路线的磁化状态控制是强大的对其他外部影响，如化学掺杂，机械作用和电场。空位状态和磁化的这种控制可以通过使用局部探针尖端来实验地实现。
2017-09-28 cond-mat.mes-hall
Reversible control of Co magnetism by voltage induced oxidation
我们表明，超薄Co膜相邻的Gd 2 O3栅氧化物的磁性能可以直接操纵的电压。Co膜可以从具有强垂直磁各向异性的最佳氧化状态可逆地改变为具有面内磁各向异性的金属状态，或者改变为具有几乎为零磁化的氧化状态，这取决于所施加的电场的极性和持续时间。因此，使用仅几伏的栅极电压以非易失性方式实现了高达0.73erg/cm 2的磁各向异性能的前所未有的大变化。这些结果为实现自旋电子器件的超低能磁化操纵开辟了一条新的途径。
2014-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Doping induced magnetism and half-metallicity in nanoribbons of quartic dispersion materials
Bilkent University（比尔肯特大学）；Aydin Adnan Menderes University（艾登阿德南门德雷斯大学）
研究通过掺杂诱导四次散射材料纳米带的磁性和半金属特性，发现其自旋极化能显著增强，且受边缘钝化和带宽影响，偏离Stoner机制。
2025-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carrier Density and Magnetism in Graphene Zigzag Nanoribbons
在$π$轨道Hubbard模型平均场近似下研究了锯齿形石墨烯纳米颗粒中载流子密度对磁性的影响。半填充的结构改变了磁性，导致了带内电荷密度变化和相对边缘平行自旋排列的状态。有限的载流子密度导致边缘附近的自旋密度稳步下降，最终导致磁性消失。在低掺杂浓度下，系统表现出多铁性秩序的趋势，其中边缘电荷和自旋同时极化。
2009-06-25 cond-mat.mes-hall
Magnetisms in $p$-type monolayer gallium chalcogenides (GaSe, GaS)
用密度泛函方法研究了$p$型单层GaX（X=S，Se）的磁性.由于价带边缘附近的态密度很大，这些单层半导体在很小的空穴掺杂范围内是铁磁的。本征Ga空位能提高局域磁矩，而Se空位不能。空位引起的局部磁矩之间的磁耦合是铁磁性的，并且令人惊讶地长范围。结果表明，磁化强度可以通过空穴掺杂诱导，并可以通过控制缺陷的产生来调节。
2014-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable quantum anomalous Hall octet driven by orbital magnetism in bilayer graphene
量子反常霍尔（QAH）效应-零磁场下手性能带拓扑的宏观表现-仅通过拓扑绝缘体的磁性掺杂（1 - 3）和莫尔异质结构的精细设计（4 - 8）在实验上实现。然而，长期以来，人们一直预测没有磁性掺杂或莫尔工程的看似简单的双层石墨烯具有QAH效应的竞争有序态（9 - 11）。在这里，我们探索的状态，在双层石墨烯的电导率为2电子2/小时，不仅生存下来，以惊人的小磁场和高达5 K的温度，但也表现出磁滞。总之，实验签名提供了令人信服的证据，轨道磁驱动的QAH行为与陈数可调通过电场和磁场以及载波符号。所观察到的QAH相的八重态是不同于以前的观察，由于其独特的亚铁磁和亚铁电秩序，其特征在于量子化的异常电荷，自旋，谷，和自旋谷霍尔行为。
2021-07-14 cond-mat.mes-hall
Edge-Insensitive Magnetism and Half Metallicity in Graphene Nanoribbons
在石墨烯/碳纳米结构中实现磁性是一个长达十年的挑战。锯齿形石墨烯纳米带中的磁边缘状态和半金属性是特别有前途的[Y. W. Son等人，Nature 444，347（2006）]。然而，它的实验实现一直受到单氢化锯齿形边缘的严格要求的阻碍。使用第一性原理计算，我们预测，自由载流子掺杂可以克服这一挑战，实现铁磁性和半金属性的一般类型的边缘结构的窄石墨烯纳米带。这种磁性存在于栅极掺杂实验的密度范围内（~1013 cm-2），并且具有高达17 meV/载流子的大自旋极化能量，这引起了相当于几百特斯拉的外部磁场的塞曼分裂。最后，我们追踪这种边缘不敏感磁性的形成机制，带边附近的电子态的量子限制，并揭示了磁性与带宽的标度律。我们的研究结果表明，结合掺杂和量子限制可能是一个通用的工具，实现轻元素纳米结构中的过渡金属的磁性。
2018-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Room-temperature Ferroelectric Control of 2D Layered Magnetism
本研究针对电压调控磁态的可逆稳定切换难题，在二维层状铁磁体中实现室温铁电磁性调控，具有超低功耗和显著磁化变化，为多类自旋电子器件提供新方向。
2024-09-13 cond-mat.mes-hall
Enhanced magnetism of Cu$_n$ clusters capped with N and endohedrally doped with Cr
我们工作的重点是从Cu团簇中生产高磁性材料。我们采用基于第一性原理密度泛函理论的电子结构计算方法，研究了氮封端和氮单掺杂对小团簇结构稳定性和电子性质的影响.我们发现N帽簇更有希望产生巨磁矩，例如Cu $_6$ N $_6$簇的14 $μ_B$和二十面体Cu $_{13}$ N $_{12}$簇的29 $μ_B$。这伴随着它们的稳定性的显著增强。我们认为，这些巨大的磁矩的加盖铜$_n$集群有相关的Cu掺杂GAN的室温铁磁性。对于笼状空心铜团簇，内铬掺杂和氮帽的结合是最有希望在铜团簇中产生稳定巨磁矩的方法。
2015-12-25 cond-mat.mes-hall
Electronic orbital angular momentum and magnetism of graphene
计算了石墨烯电子在垂直磁场中的轨道角动量，并利用相应的磁矩研究了理想石墨烯的磁性。磁化强度的变化表明其减少与载流子掺杂，高原在一个大的领域，和de Haas-van Alphen振荡。提出了用平行电场调节磁性。OAM起源于石墨烯晶格中原子尺度的电子运动，碳原子轨道之间的矢量跳跃相互作用是其构建元素。比较了石墨烯电子的OAM、狄拉克费米子的OAM以及狄拉克费米子的总角动量，说明了它们在石墨烯磁性中的不同作用。讨论了结果的适用性和与实验的关系。
2014-05-23 cond-mat.mes-hall
Defect-induced magnetism and Yu-Shiba-Rusinov states in twisted bilayer graphene
原子缺陷对石墨烯系统的低能性质有显著影响。通过第一性原理计算和紧束缚模型，我们提供的证据表明，化学杂质修改扭曲双层石墨烯的正常和超导状态。一个单一的氢原子连接到双层表面产生一个三点交叉，而自掺杂和三倍的破缺是由一个空位。这两种类型的缺陷导致时间反转击穿和局部磁矩的产生。氢诱导磁性也被发现存在于魔角石墨烯超晶格中出现超导性的掺杂水平。结果表明，超导有序和缺陷诱导磁性的共存在魔角扭曲双层石墨烯中产生了带隙Yu-Shiba-Rusinov激发。
2019-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switching On Magnetism in Ni-doped Graphene
石墨烯碳纳米结构的磁性，与未来的自旋电子应用相关，关键取决于掺杂和缺陷的存在。本文研究了最近发现的替位式Ni（Ni（sub））杂质的磁性。Ni（sub）缺陷在平坦石墨烯中是非磁性的，并且仅在金属纳米管中产生非零磁矩。这种令人惊讶的行为源于Ni（sub）的电子结构的特殊曲率依赖性。通过向平坦石墨烯层施加各向异性应变，可以预期Ni（sub）的类似磁性/非磁性转变。
2008-09-17 cond-mat.mes-hall
Manipulation of edge magnetism in hexagonal graphene nanoflake
我们利用密度泛函理论结合原位库仑相互作用，探索了在锯齿形边缘的六角石墨烯纳米片中操纵固有边缘磁性的可能途径.研究了载流子掺杂、边缘化学修饰和有限温度对边缘磁性的影响。不同的载流子掺杂，和现场库仑相互作用的磁相图被发现是复杂的。除了本征反铁磁解决方案，如预测的电荷中性六方纳米片，完全极化的铁磁，和混合相的解决方案，获得取决于掺杂的载流子浓度，和现场库仑相互作用。复杂性的出现是由于局部库仑相互作用和载流子掺杂的竞争性质，分别有利于反铁磁和铁磁耦合。氢对边缘原子的化学修饰导致局部磁矩的部分淬灭，从而产生由反铁磁、铁磁、混合和反铁磁相组成的更丰富的相图。我们进一步报告的影响，温度上的长程磁有序的边缘使用从头算分子动力学。与最近的实验观察一致，我们发现温度也可以改变中性纳米片的磁性状态，否则在零温度下是反铁磁性的。这些发现将对石墨烯基低维结构的磁性控制技术以及理解各种实验报告具有重要意义。
2014-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamical defects in a two-dimensional Wigner crystal: self-doping and kinetic magnetism
本文用半经典瞬子方法和有效 Hamilton 量精确对角化研究二维 Wigner 晶体的间隙与空位动力学，发现自掺杂失稳并提出中等密度的“金属电子晶体”相。
2023-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Signature of gate-tunable magnetism in graphene grafted with Pt-porphyrins
在石墨烯中诱导磁性有很大的希望，例如控制与栅电极的交换相互作用和产生奇异的磁相。迄今为止，用磁性分子或原子涂覆石墨烯主要导致石墨烯迁移率降低。在目前的工作中，我们表明，铂卟啉吸附在石墨烯上导致增强的流动性和栅极依赖的磁性。我们报道了卟啉可以是供体或受体，这取决于石墨烯的初始掺杂。卟啉在石墨烯上的带电杂质周围转移电荷和电荷，减少石墨烯掺杂并增加其迁移率。此外，电离的卟啉带有磁矩。利用介观输运对磁性的敏感性，特别是超导邻近效应和电导涨落，我们探讨了电离卟啉的相互作用磁矩在石墨烯中诱导的磁序。在磁性的签名中，我们发现了具有奇数分量的两端磁阻波动，这是零场时反对称性破缺的一个标志，在未涂覆的石墨烯样品中不存在。当石墨烯连接到超导电极时，感应的磁性导致超电流的栅极电压依赖性抑制、修改的磁干涉图案和栅极电压依赖性磁滞。对于长超导体石墨烯超导体结和具有最高初始掺杂的样品，磁性特征是最大的，与更大数量的电离的并且因此磁性的卟啉相容。我们的研究结果表明，长程磁性通过电离的卟啉磁矩通过石墨烯诱导。这种磁相互作用由石墨烯中载流子的密度控制，这种可调谐性可以在自旋电子学应用中加以利用。
2016-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible doping of graphene field effect transistors by molecular hydrogen: the role of the metal/graphene interface
在这项工作中，我们提出了一个关于如何以及为什么分子氢改变石墨烯场效应晶体管的电子特性的调查。我们证明，与H2的相互作用导致石墨烯接触异质结附近的石墨烯的局部掺杂。我们还表明，这种相互作用强烈依赖于金属-石墨烯界面的特性。通过改变接触中的金属类型，我们观察到欧姆接触可以与石墨烯强或弱静电耦合。对于强耦合接触，由接触促进的电荷转移效应的特征导致不对称双极传导，并且这种不对称性可以在与H2的相互作用下是可调谐的。另一方面，对于与石墨烯弱耦合的接触，氢相互作用具有更深刻的影响。在这种情况下，在H2暴露时，器件在石墨烯晶体管转移曲线中显示出第二电荷中性点（双峰响应）。我们认为，这种双峰现象是由于石墨烯的功函数与金属电极的功函数在H2分子作用下发生解耦而引起的。我们还表明，在金属-石墨烯界面处的气体诱导的改性可以被利用来创建受控的石墨烯pn结，具有相当大的电子转移到石墨烯层和石墨烯电阻的显著变化。这些效应可以为合适的金属接触工程铺平道路，为气体传感器等器件的应用提供巨大的潜力。
2020-03-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Tuning Structure and Magnetism in Large-Scale 2D Ferromagnet Fe$_3$GeTe$_2$ through Ni Doping
Department of Physics and Astronomy, Uppsala University（乌普萨拉大学物理与天文系）；Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen（格罗宁根大学泽尔尼克先进材料研究所）；ALBA Synchrotron Light Facility, CELLS（阿尔巴同步辐射光源设施，CELLS）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Institute of Ion Beam Physics and Materials Research（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心，离子束物理与材料研究所）；Departament de Física de la Matéria Condensada, Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学凝聚态物理系）；Institut de Nanociéncia i Nanotecnologia (IN2UB), Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学纳米科学与纳米技术研究所（IN2UB））
研究通过镍掺杂调控Fe$_3$GeTe$_2$的结构和磁性，利用MBE技术实现可控掺杂，发现镍掺杂导致晶格参数缩小，PMA抑制，居里温度降至50K，理论计算支持实验结果。
2026-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible Excitonic Charge State Conversion and High Quasiparticle Densities in PVA-doped Monolayer WS$_2$ on 2D Microsphere Array
Indian Institute of Technology Jodhpur（印度焦浦尔理工学院）
通过PVA掺杂和应变增强，实现二维WS₂中高准粒子密度和可逆激子电荷态转换，为光学存储和量子光技术提供新途径。
2025-12-29 cond-mat.mes-hall
Enormous enhancement of p-orbital magnetism and band gap in the lightly doped carbyne
本文提出了一种途径，以定制适应的磁性和光学性质的碳炔。虽然p-轨道磁性一般比d-轨道磁性弱得多，我们证明了由随时间变化的电偶极矩引发的自由基电子的电荷波动导致巨大的p-轨道磁性。通过在单原子碳链中引入25%的砷和12.5%的氟，砷原子的磁矩达到2.9玻尔磁子，这比大块Fe的磁矩强约1.3倍。这种磁性优化的碳炔复合物具有22 meV（~ 270 K）的交换相关能。另一方面，我们通过使用阴离子掺杂剂将碳炔（β-形式）从金属态转化为半导体态。在β-碳炔中掺杂12.5%的氮和12.5%的氧后，该复合材料的半导体带隙优化为1.6eV，这是体硅带隙的1.4倍。
2019-10-23 cond-mat.mes-hall
Particle-hole symmetry broken solutions in graphene nanoribbons: a multi-orbital, mean-field perspective
平均场论长期以来一直预测石墨烯纳米带中的边缘磁性，其中序参量由局部磁化给出。然而，边缘磁性的特征在实验中似乎难以捉摸，这表明了另一类解决方案。我们采用自洽平均场近似下的多轨道紧束缚模型，并获得粒子空穴对称性破缺的解决方案，其中的局部填充发挥的作用的序参量。与磁边缘的解决方案，这些是拓扑非平凡的，并显示零局部磁化。一个小的和一个大的掺杂制度进行了研究，并遇到了有限的空穴掺杂的自由能最小值，这可以作为一个解释的锯齿形石墨烯纳米带的磁性边缘状态的实验证据的情况下。电子相互作用可以增加有限的\(d\) -轨道占据，这导致优势\(p_z\) -轨道的有效库仑相互作用的变化。我们的研究结果表明，非磁性的有限空穴掺杂的解决方案成为积极的首选，在半填充的磁性相相比，一旦热波动或无意掺杂从衬底被认为是。甚至在存在\(d\) -轨道和其中的库仑相互作用的情况下，该结果仍然存在。
2021-11-01 cond-mat.mes-hall
Sensory organ like response determines the magnetism of zigzag-edged honeycomb nanoribbons
我们提出了一个解析理论的锯齿形边缘终止的蜂窝状纳米带的磁相图描述的哈伯德模型与相互作用参数U。我们表明，边缘磁矩变化为ln U，并揭示其依赖于宽度W的带。这一现象的物理学起源于纳米带的感觉器官样反应，表明要理解这些系统的磁性，需要考虑通常的Stoner-Landau理论之外的因素。在掺杂空穴或电子时，发生从相对边缘上的磁矩的反平行取向到平行取向的一阶磁性转变。这种过渡的临界掺杂示出成反比的带状物的宽度。使用变分蒙特卡罗计算，我们表明，磁性是强大的波动。此外，我们表明，磁相图是通用的锯齿形边缘终止的纳米结构，如纳米点。此外，我们进行第一性原理建模，以显示如何在取代的石墨烯纳米带中实现这样的磁性转变。
2012-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Tunable Half-Metallicity and Edge Magnetism of H-saturated InSe Nanoribbons
本文报道了氢饱和的InSe纳米带（H-ZISNs）的电子和磁性的理论研究。基于混合泛函第一性原理计算，我们发现H-ZISNs具有可调的半金属度和短程铁磁有序。我们首先表明，p型掺杂把窄的H-ZISNs从半金属到半金属，自旋极化沿In终止的边缘。这种行为进一步分析的两带紧束缚模型，它提供了一个易于处理的描述的H-ZISN电子结构，并作为一个出发点确定磁相互作用。海森堡模型内确定的占主导地位的交换相互作用被发现是铁磁性的带状宽度和电荷掺杂的独立。短程稳定性的磁序进行评估的零场自旋相关长度，这是发现在液氮温度下约为1 nm。最后，通过计算自旋相关的输运性质，我们发现了一个掺杂制度，其中可以观察到强自旋选择性的电导率。我们的研究结果表明，H-ZISNs是在纳米尺度上实现自旋电子效应的有吸引力的候选者。
2018-11-07 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Intrinsic Magnetism of Grain Boundaries in Two-dimensional Metal Dichalcogenides
晶界（GB）是通常降低材料性能的结构缺陷。在这里，我们表明，二维（2D）金属二硫属化物MX2（M = Mo，W; X = S，Se）中的位错和GB实际上可以通过赋予材料一种新的物理性质：磁性来改善材料。所研究的位错都具有相当大的磁矩~1玻尔磁子。相比之下，其他研究充分的2D材料中的位错通常是非磁性的。由五边形-七边形对组成的GB铁磁性地相互作用，并且作为倾斜角和/或掺杂水平的函数从半导体过渡到半金属或金属。当倾斜角超过47°时，结构能量有利于正方形-八边形对，GB成为反铁磁半导体。这些特殊的磁性产生的相互作用的位错诱导的局域化状态，掺杂和局部不平衡的化学计量。有目的的拓扑GB工程可能能够将MX2转换为有前途的2D磁性半导体。
2013-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
High-temperature kinetic magnetism in triangular lattices
本文研究了三角形晶格中Fermi-哈伯德模型的动力学磁性，包括锯齿形梯形、四脚和六脚三角柱以及全二维三角形晶格。我们专注于制度的强相互作用，$U\gg t$和填充因子围绕一个电子每个网站。对于远高于跳跃强度的温度，居里-外斯形式的磁化率表明，对于相对于$ν=1$空穴掺杂的系统，存在有效的反铁磁关联，而对于电子掺杂的系统，存在铁磁关联。我们发现这些关联是由于自旋非相干莫特绝缘体中传播的载流子的磁极化子修饰引起的。对应于这些关联的有效相互作用可以强烈地超过磁超交换能。在空穴掺杂的情况下，反铁磁极化子起源于三角形晶格中单个空穴的动力学挫折。在电子掺杂的情况下，长冈型铁磁关联是由传播的双光子引起的。这些结果提供了一个理论解释最近的实验结果在莫尔TMDC材料。为了理解低温下反铁磁极化子的多体态，我们研究了有限磁场中的空穴掺杂体系。在低掺杂和中等磁场下，我们发现一个磁极化子相，从完全极化状态分离的变磁转变。随着磁场的减小，系统显示出相分离的趋势，空穴丰富的区域形成反铁磁spinbags。我们证明了在超冷原子实验中可以直接观测三角晶格中的磁极化子，从而可以测量三点空穴-自旋-自旋关联。
2022-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Room temperature magnetic phase transition in an electrically-tuned van der Waals ferromagnet
该研究在室温下通过质子栅极调控Cr1.2Te2的电子掺杂，实现了磁性相变，为实用自旋电子器件提供了新途径。
2024-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coexisting Magnetism, Ferroelectric, and Ferrovalley Multiferroic in Stacking-Dependent Two-Dimensional Materials
本文提出利用层间滑动调控双层 GdI2 的磁性、铁电性与谷极化，揭示三者可逆强耦合及磁相变机制，为二维多铁器件提供新思路。
2024-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room temperature reversible colossal volto-magnetic effect in all-oxide metallicmagnet/topotactic-phase-transition material heterostructures
该研究在金属磁体/拓扑相变材料异质结构中，利用2–3伏电场诱导拓扑相变，实现室温下磁化强度100–250%的可逆巨伏磁效应，为低功耗自旋电子器件提供了新途径。
2023-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interface Magnetism in Vanadium-doped MoS$_2$/Graphene Heterostructures
University of South Florida（南佛罗里达大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究通过第一性原理模拟发现钒掺杂和缺陷工程可诱导MoS₂/石墨烯异质结构的铁磁性，为纳米自旋电子学应用提供新途径。
2025-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
