二维Janus铈卤化物CeClI/CeBrI：室温双极铁谷半导体与反常谷霍尔效应的突破性发现

针对二维铁谷材料需兼具高居里温度(T C )、垂直磁各向异性(PMA)和大谷极化的挑战，研究人员通过第一性原理计算和蒙特卡洛模拟，发现Janus结构CeClI/CeBrI具有室温以上铁磁性(T C 达468/418 K)、自发双极谷极化(54.5/75.4 meV)及应变诱导反常谷霍尔效应(AVHE)，为自旋电子学/谷电子学器件设计提供新思路。

　　

在量子材料研究领域，二维磁性材料的突破性进展正推动着自旋电子学和谷电子学的革命。然而，现有铁谷材料普遍面临三大瓶颈：居里温度(T
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)低于室温、磁各向异性弱、谷极化值不足。尤其对于f
电子体系，尽管稀土元素能带来强自旋轨道耦合(SOC)和大磁矩，但如何实现垂直磁各向异性(PMA)与自发谷极化的协同调控仍是未解难题。

针对这一挑战，中国的研究团队通过理论计算揭示了两种新型Janus结构材料——CeClI和CeBrI的非凡特性。发表于《Materials Today Physics》的研究表明，这两种铈基卤化物不仅具备室温以上铁磁性，更展现出应变可调的谷极化和反常谷霍尔效应(AVHE)，为多功能量子器件设计开辟了新路径。

研究采用第一性原理计算结合蒙特卡洛模拟，系统分析了晶体结构稳定性、磁各向异性能(MAE)、电子能带结构和贝里曲率分布。通过Wannier函数重构法精确计算了谷极化值，并采用应变工程调控磁各向异性转变。

结构稳定性、磁各向异性和室温铁磁性
CeClI/CeBrI单层呈现典型的I-Ce-X(X=Cl/Br)三明治结构，晶格常数分别为4.14/4.18 ?。两者均表现出高于室温的铁磁性，T
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达468 K和418 K。未应变时，CeClI具有本征PMA(磁各向异性能MAE=0.23 meV)，而CeBrI表现为面内磁各向异性(IMA)。值得注意的是，-1%双轴压缩应变即可诱导CeBrI发生IMA-to-PMA转变，MAE增至0.18 meV。

双极谷极化和应变调控
在PMA状态下，CeClI在价带(VB)和导带(CB)分别产生54.5 meV和75.4 meV的自发谷极化，远超此前报道的CeBrCl(29.1 meV)。对于CeBrI，-1%应变下谷极化达61.8 meV(VB)和80.2 meV(CB)。研究发现谷极化主要源于Ce-d
和I-p
轨道的SOC作用，压缩应变虽会减弱SOC但通过增强PMA维持了可观的极化值。

反常谷霍尔效应(AVHE)
应变工程成功实现了AVHE的按需调控：-1%应变使CeBrI的价带顶(VBM)形成能谷，-2%应变使CeClI产生相同效应。贝里曲率分析显示，K/K′谷的不对称分布导致非零陈数，这是AVHE产生的拓扑根源。

这项研究开创性地证明了f
电子Janus体系可实现PMA、大谷极化和AVHE的协同调控。其重要意义在于：1) 突破传统d电子铁谷材料的温度限制；2) 揭示应变工程对磁/谷特性的精准调控机制；3) 为开发室温自旋-谷多功能器件提供理想平台。研究团队特别指出，CeClI/CeBrI的制备可与现有范德瓦尔斯外延技术兼容，这为其实际应用铺平了道路。