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二维半金属在磁性纳米器件中展现出巨大的潜力。然而，二维半金属的发现仍然基于逐案评估。本文，我们提出了设计具有大自旋间隙的二维过渡金属基半金属的一般规则，即找到具有洪特规则分裂的 d 轨道和深阴离子 p 轨道能级以使 dp 相互作用最小化的材料。基于对具有扭曲四面体晶场的 54 种过渡金属化合物 MX 2（M = 3 d 区过渡金属；X = VIA-VIIA 元素）的 DFT 计算，我们发现所有铁磁化合物都表现出半金属性。我们将半金属性归因于具有弱 dp 轨道杂化的 M 阳离子的部分填充 d 轨道的洪特规则分裂。由于 Cl p 轨道能级较深（− 8.4 eV），氯化物表现出大于 4 eV 的自旋间隙。我们在过渡金属三氯化物 M Cl 3（M = 3 d 区过渡金属）中验证了这一规则。利用这一规则，我们预测铁磁单层 M Cl 和 M 3 Cl 8（M = 3 d 区过渡金属）是具有大带隙的半金属。这项工作丰富了二维半金属的种类，并可能带来新型磁性纳米器件。
具有大自旋间隙的二维半金属的设计
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