费米能级附近的线性狄拉克态让石墨烯拥有了诸多的奇异性质，并使它享誉了“新材料之王”的美称。然而，本征石墨烯的这种Dirac态是自旋简并的，难以在自旋电子学领域一展拳脚。 面对这一挑战，2008年澳大利亚卧龙岗大学王晓临教授提出了狄拉克自旋无带隙半导体（狄拉克半金属）的新概念 [Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 156404]——在其电子能带结构中，一个自旋通道有能隙表现为半导体，而另一个自旋通道无带隙具有类似石墨烯的线性狄拉克态。 由于这种单自旋狄拉克态在超快、超低能耗自旋电子学器件中具有巨大的应用前景，因此在实际材料中寻找这种奇异的电子态成为凝聚态物理研究中的热点。
近日，我院青年教师刘志锋博士与大连理工大学赵纪军教授合作在新兴的二维过渡金属二氮化物材料中发现单层YN2的八面体T相具有狄拉克半金属特性 。
研究团队通过基于密度泛函理论的第一性原理计算及量子分子动力学模拟，在广泛测算的基础上，系统研究了单层YN2 的稳定性，电子性质及磁性。 结果表明单层YN2的八面体T相拥有诸多的奇异性质：1）较好的力学、动力学和热学稳定性；2）铁磁性基态，且居里温度大于室温；3）p电子贡献的单自旋狄拉克态，其费米速度高达3.74×105 m/s。 此外，它还具有较大的半金属带隙（1.53 eV），这足以克服因热扰动引起的自旋翻转。上述特性，使得YN2单层材料成为非常有前景的高速、低能耗自旋电子学的候选材料。
这一成果以“YN2 monolayer: Novel p-state Dirac half metal for high-speed spintronics”为题发表在近期的Nano Research上。该期刊影响因子为8.893，是SCI一区期刊。论文作者依次为刘志锋, 刘俊艳和赵纪军，赵纪军教授为通讯作者，内蒙古大学为第一署名单位。该工作得到了国家自然科学基金及北京计算科学研究中心的支持。
全文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-016-1384-3
Liu, Z., Liu, J. & Zhao, J. Nano Res. (2017). doi:10.1007/s12274-016-1384-3
刘志锋博士简介
刘志锋，1984年生，湖南郴州人，2014年获重庆大学凝聚态物理学博士学位。2014年7月入职内蒙古大学物理科学与技术学院，现任讲师、硕士生导师、物理系教工党支部书记。2016年，中国工程物理研究院北京计算研究中心访问学者。曾获教育部博士研究生国家奖学金，第二届全国高等教育基础物理课程青年教师讲课比赛内蒙古赛区一等奖，华北赛区二等奖。
近年来，刘志锋博士一直致力于纳米团簇的组装设计及磁性二维材料的理论计算研究。目前，已在Nano Research、 J. Mater. Chem. C、 J. Chem. Phys. C、Phys. Chem. Chem. Phys.、RSC Adv. 等国际高水平学术期刊上发表SCI论文10余篇。作为项目负责人，刘志锋博士现主持国家自然科学基金2项，省自然科学基金1项，省教育厅项目1项，内蒙古大学高层次人才引进项目1项。
赵纪军教授简介
赵纪军，1973年生，1992年南京大学强化部核物理专业本科毕业，1996年南京大学物理系获凝聚态物理学博士学位，导师王广厚院士。1997至2005年期间，先后在意大利国际理论物理中心、美国北卡大学、美国华盛顿州立大学担任博士后、研究助理教授、研究员。2006年起任大连理工大学教授/博导，2014年起任三束材料改性教育部重点实验室主任，2017年起任大连理工大学物理学院院长。长期从事计算凝聚态物理和计算材料学研究，在Science Advances, Progress in Materials Science, PRL, JACS, Nano Letters, ACS Nano, Adv. Funct. Mater., Nano Energy等高水平学术期刊上发表SCI论文330余篇（其中影响因子>7的期刊40余篇），总引用10000余次，最高单篇引用780次，H因子为52（Research ID：I-6030-2015），入选爱思唯尔中国高被引学者（物理与天文学2015年第八名）；在Springer出版社出版英文专著一部。研究成果多次被Science、Nature子刊等重要期刊上的实验验证，被Science Daily、Phys.Org、C&EN、IEEE Spectrum、Nanowerk等科技媒体报道，近五年在国际会议作特邀报告20多次。
先后主持4项国家自然科学基金面上项目、1项国家自然科学基金合作交流项目、2项ITER计划专项课题、1项973前期研究专项课题、1项国防基础科研挑战专题。作为第三完成人获国家自然科学二等奖，第一完成人获教育部自然科学二等奖；入选科技部中青年科技创新领军人才。指导的博士生1人获全国百篇优博论文提名奖，4人获辽宁省优秀博士学位论文，2人获辽宁省优秀硕士学位论文。
