具有多种性质的新型二维Janus家族:拉胀行为、应变可调的光催化剂、高居里温度铁磁体和压电量子反常霍尔绝缘体

作     者：刘宇 王帅宇 李锋钰 Yu Liu;ShuaiYu Wang;Fengyu Li

作者机构：School of Physical Science and TechnologyInner Mongolia UniversityHohhot 010021China 

出 版 物：《Science China Materials》 (中国科学（材料科学）（英文版）)

年 卷 期：2024年第67卷第4期

页      面：1160-1172页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China (11964024 and 12364038) the “Grassland Talents” Project of Inner Mongolia Autonomous Region (12000-12102613) the Young Science and Technology Talents Cultivation Project of Inner Mongolia University (21200-5223708) 

主　　题：凝聚态物理 高居里温度 密度泛函理论计算 铁磁体 压电系数 自旋电子学 载流子迁移率 基底面 

摘      要：发现新的二维材料并探索其独特性质与潜在应用是凝聚态物理与材料科学的重要课题.在此,我们基于在实验和计算中报道的具有多种性质的新型方晶格S-XS2二维材料,通过密度泛函理论计算,确定了7种具有近似方晶格的新型二维Janus S-XSSe (X=Si,Sn,V,Cr,Mo,Re和Os)单层材料.值得注意的是,S-SiSSe和S-SnSSe单层都具有拉胀行为,此外,由于具有合适的带边位置、可见光区的高效吸收系数和较大的载流子迁移率差,它们是潜在的光催化剂,而且光催化性能还可以通过改变pH值和施加双轴应变来提高.在不考虑自旋轨道耦合(SOC)时,S-VSSe,S-CrSSe和S-MoSSe是铁磁半金属,并具有较高的居里温度TC(分别为210,810和390 K).加入SOC后,S-VSSe成为量子反常霍尔(QAH)绝缘体,具有较大的带隙(45.4 meV)和一个手性边缘态(陈数C=-1).通过对半导体S-XSSe (X=Si,Sn,V)单层的对称性分析,基底面上的单轴应变只能诱发面外压电响应.其中,S-VSSe的面外压电系数d31和d32最大,分别为-0.013和0.025 pm V-1.压电性、拓扑性和铁磁性的共存使单层S-VSSe成为具有大带隙和高TC的多功能自旋电子学应用的潜在平台.我们的理论工作将给二维材料增添新家族,并有望带来更广阔的应用.