二维 (2D) 磁性半导体集成了半导体性、铁磁性和低维性，是高速纳米自旋电子器件的基石。然而，当今二维磁性半导体的实际应用面临两个关键问题：与室温相比磁性居里温度较低，以及缺乏一种简单有效的方法来控制载流子的自旋极化方向。因此，非常需要探索具有室温磁性排序和可控自旋极化的二维磁性半导体。

一方面，为了将磁性居里温度提高到室温，杨金龙教授课题组此前提出在过渡金属阳离子与磁性有机连接基阴离子之间引入一种强dp直接亚铁磁性交换相互作用（左图）在矩形二维有机金属晶格中，例如 Cr(pentalene) 2和 Cr(DPP) 2。然而，直到现在，他们的实验实现仍然是一个悬而未决的问题。此外，其中还没有实现自旋极化的控制。

在左侧，Cr 阳离子和吡嗪自由基之间存在强烈的 dp 直接交换磁相互作用。在中央，显示居里温度T c。右侧显示 Cr(pyrazine) 2单层是一种本征双极磁性半导体，其中电掺杂可以诱导具有可控自旋极化方向的半金属导电。图片来源：李向阳和李星兴。

另一方面，为了通过电门控实现对载流子自旋极化的直接控制，杨金龙教授课题组此前提出了一类新型自旋电子材料双极磁性半导体（BMS），可以提供完全自旋极化的电流通过改变施加电压门的极性，自旋极化方向是可逆的。值得一提的是，最有前途的具有 BMS 功能的 2D 材料是我们设计的 2D MnPSe 3纳米片，其中电子和空穴掺杂的自旋极化方向相反，并且可以通过施加外部电压门来控制。然而，2D MnPSe 3的基磁态是反铁磁性的，应该掺杂成为铁磁性的 BMS。此外，掺杂下的磁性居里温度较低（高达 206 K），与实际应用相去甚远。

在这里，通过结合我们最近提出的 dp 直接亚铁磁交换方案和双极磁性半导体 (BMS) 的概念，杨金龙教授的研究小组向前迈出了重要的一步，实现了具有室温亚铁磁有序和电学特性的二维本征 BMS 材料。通过剥离最近合成的有机金属层状晶体 Li 0.7 [Cr(pyz) 2 ]Cl 0.7 ·0.25(THF)（pyz = 吡嗪，THF = 四氢呋喃）来控制自旋极化。0.27 J/m 2的相当低的剥离能证实了剥离的可行性，甚至小于石墨的剥离能。在剥落的 Cr(pyz) 2单层，每个吡嗪环从 Cr 原子上夺取一个电子成为自由基阴离子，然后在 Cr 阳离子和吡嗪自由基之间出现强烈的 dp 直接交换磁相互作用，导致居里温度为 342 K 的室温亚铁磁性（见下文，中心图像）。此外，Cr(pyz) 2单层被证明是一种本征双极磁性半导体，其中电掺杂可以诱导具有可控自旋极化方向的半金属导电（右图）。

设计的双极磁性半导体（BMS），即Cr(pyz) 2单层片的意义总结如下：

将双极磁性半导体 (BMS)的磁性居里温度提高到室温。

只需通过电门控即可实现对载流子自旋极化的直接控制。

通过机械剥离轻松制备。

这类有机金属亚铁磁性半导体不仅提供了新的机会，实现高Ť Ç 2D磁性半导体，而且还具有在电控nanospintronic器件的设计很大的潜力。