近日，菠菜导航材料科学与工程学院张良柱特聘副研究员与中国科学院大连化学物理研究所吴忠帅研究员、郑州大学葛军怡教授、北京航空航天大学孙志梅教授、德国工程院院士冯新亮教授等，在二维硼钼烯纳米片室温铁磁性研究中取得新进展，该工作以“Vacancies Engineering in Molybdenum Boride MBene Nanosheets to Activate Room-Temperature Ferromagnetism”为题发表在Advanced Materials。
二维磁性材料是凝聚态领域的研究热点，在拓扑学领域、涨落驱动的新物相、对自旋的电场调控和检测等方面都有着重要的应用。二维层状磁性材料容易加工成平面的异质结结构，比传统的块体磁性材料具有显著的优势，方便通过应力、化学、光学和电学的方法对其进行精细调控。根据Mermin-Wagner定理，二维及一维体系中不会出现长程磁有序，但是可以通过引入各向异性，稳定二维体系中的长程关联，使二维层状材料中出现长程磁序。硼化钼具有优异的力学性质和空气稳定性。理论预测硼化钼体系的金属硼烯中不存在磁性，因此，在二维硼钼烯体系实现室温磁性非常具有挑战性。
研究人员通过缺陷工程策略合成了具有钼空位缺陷的Mo4/3B2 MBene纳米片。通过路易斯酸刻蚀的方法制备了Mo4/3B2纳米片，实现了制备方法的无氟化。制备的Mo4/3B2纳米片横向尺寸为200nm，厚度为6.3nm。其表现出两个重要的特性，即纳米片粉体在环境温度下具有出色的稳定性而不氧化，以及在300K时饱和磁矩为0.04 emu g-1的本征铁磁性。结合理论计算，铁磁性的起源归因于Mo4/3B2中的Mo空位缺陷，这些缺陷在费米表面附近产生大密度态，并自发自旋分裂带，最终导致系统的非零磁矩和自旋极化。MBene体系的磁性研究处于初期阶段，这种缺陷工程产生室温磁性的策略在Mo4/3B2纳米片中得到了验证。这将成为一种拓展MBene体系丰富物性的可靠方法，也将推进二维金属硼化物室温磁性在自旋电子学和磁性纳米载体上的实际应用。
张良柱特聘副研究员为本文的共同通讯作者和第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、郑州市浦江学者项目、科技部重点研发计划课题资金的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202411765