含稀土元素的新型导电磁性材料

二维磁性半导体是未来信息存储与自旋电子技术的关键材料。MXenes是一类具有丰富成分可调性和功能多样性的新型二维材料，但传统‘自上而下’刻蚀法难以合成含镧系元素（Ln）的MXenes（如Ln₂CT₂），主要受限于：适合的MAX前驱体稀缺，且镧系元素易被常用刻蚀剂（如氢氟酸HF）溶解。本研究另辟蹊径，提出一种通用的‘自下而上’合成策略——以层状卤化物为范德华构筑单元，成功制备出多种Ln₂CT₂材料（Ln = 钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、镥Lu；T = 氯Cl、溴Br）。多层Ln₂CT₂展现出优异且可调控的性能：光学吸收边在1.26–1.71 eV之间（对应可见光到近红外波段），室温电阻率介于0.329–36.1 Ω·cm，并呈现负温度系数（即温度升高时电阻下降）；在2 K低温下表现出铁磁滞回特性，其居里-外斯温度为6–59 K（正值表明存在铁磁相互作用）。理论计算揭示：纯Ln₂C中费米能级（Ef）附近的d电子态本就较弱，表面端基（如Cl或Br）进一步耗尽这些态，从而打开带隙，实现半导体行为；而高度局域化的4f电子虽远离费米能级，却主导了自旋劈裂，是观察到铁磁性的物理根源。这种半导体性与铁磁性的自然结合，使Ln₂CT₂成为极具潜力的自旋电子器件候选材料。