今年以來，必一体育平台物理系青年教師楊柯分別以“FeS2 monolayer: A high-valence and high-𝑇C Ising ferromagnet”和“Understanding the Ising zigzag antiferromagnetism of FePS3 and FePSe3 monolayers”為題在《Physical Review B》期刊上發表了兩項重要研究成果。上海理工大學為這兩項研究成果的第一完成單位，必一体育楊柯老師分別為論文的共同第一作者和第一作者，復旦大學物理系吳驊教授為論文的通訊作者，研究工作得到了國家自然科學基金（項目編號：12104307、12174062、12241402）的資助。
自2017年發現二維鐵磁體CrI3和Cr2Ge2Te6以來，二維磁性材料因其在量子器件和信息技術中的潛在應用前景而備受關註。根據Mermin-Wagner定理，二維材料要實現長程磁有序，必須具備磁各向異性。因此，研究團隊著眼於尋找具有強單離子各向異性的過渡金屬材料，以探索實現二維伊辛型磁性的可能性。
在第一項工作中，團隊通過自旋軌道態分析、第一性原理計算以及重整化自旋波理論，提出單層FeS2可能是一種潛在的二維伊辛型鐵磁材料，其含有異常高價態Fe4+離子，具有高達25 meV/Fe的強單離子各向異性。此外，研究還揭示了負電荷轉移特性，這與異常高價態、Fe 3d與S 3p的強雜化以及材料的寬帶隙密切相關，這些因素促進了單層FeS2中強鐵磁超交換的形成。最後，研究通過重整化自旋波計算預測了單層FeS2的鐵磁居裏溫度為261 K，並發現其在-5%的壓應變下可提高至409 K。該項研究成果為探索具有簡並軌道的高價態二維伊辛磁性材料奠定了重要基礎。
（單層FeS2的鐵磁居裏溫度）
在第二項工作中，研究團隊通過密度泛函理論計算、晶體場理論分析、超交換模型分析以及並行蒙特卡羅模擬，詳細研究了單層FePS3的自旋軌道態及其伊辛zigzag反鐵磁性的來源。研究發現，單層FePS3中的高自旋Fe2+離子擁有較大的面外軌道矩和高達19.4 meV/Fe的強單離子各向異性，使得該材料表現出伊辛磁性。通過Wannier函數計算軌道間的躍遷參數，並結合超交換分析，發現該材料中存在強的第三近鄰反鐵磁耦合通道。蒙特卡羅模擬進一步預測單層FePS3的反鐵磁Neel溫度為119 K，與實驗測得的118 K相符。此外，研究團隊還預測單層FePSe3具有與單層FePS3相同的自旋軌道基態，且Neel溫度更高，表明其可能是一種二維伊辛反鐵磁材料，有待進一步實驗驗證。
（第三近鄰反鐵磁超交換通道示意圖）
論文1鏈接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.109.014431
論文2鏈接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.110.024427
