2020年，沈阳材料科学国家研究中心任文才、成会明团队在CVD生长非层状二维氮化钼 (MoN2) 的过程中，引入硅元素可以钝化其表面悬键，从而制备出一种不存在已知母体材料的全新的二维范德华层状材料MoSi2N4，开启了二维MA2Z4家族。紧接着，金属所陈星秋研究组利用插层构筑强键合的方法，针对MA2Z4二维材料家族，设计了39种二维由七个原子层组成的结构原型，并通过高通量计算对每种结构原型考虑了不同元素间的90种组合，预测出72种新的MA2Z4二维材料。这些新的MA2Z4二维材料表现出了拓扑绝缘体、磁性半导体、超导体和电子能谷自旋极化等丰富物性。作为二维材料的重要衍生物, Janus 二维材料已成为近年来的研究热点。实验和理论上均已证实这类材料由于具有镜面不对称性而拥有新颖的特性, 例如强的 Rashba 效应和平面外压电极化。从MA2Z4家族中理论设计Janus 二维材料有非常重要的理论和实际应用价值。

近日，西安邮电大学郭三栋副教授课题组，从中心对称的β-MA2Z4家族出发构建了单层Janus MSiGeN4 (M = Zr和Hf)。我们通过声子、分子动力学和弹性系数证明了这些单层的稳定性，并且讨论了实验合成的策略。通过研究这些单层的电子结构，证明它们是间接带隙半导体。重点研究了应变对电子特性的影响，无论压缩和拉伸应变都可以导致这些单层从半导体到金属的相变，并且拉伸应变可以诱发可观察的Rashba自旋劈裂。由于特别的Janus结构，对这些单层施加单轴应变时，无论面内还是面外压电效应都可以被诱发。进一步研究了这些单层的光学性质，在可见光区域有高的吸收系数。研究结果表明单层Janus MSiGeN4 (M = Zr和Hf) 可以应用到电子自旋、压电和光催化领域。我们的工作为从MA2Z4家族构建Janus结构提供了思路，并激发研究人员进一步探索Janus MA2Z4二维材料。

图1. 单层Janus MSiGeN4 (M = Zr和Hf) 的晶体结构，包括俯视图（a）和侧视图（b）。在（a）中黑色框架代表初基元胞，红色框架代表矩形超包（计算压电系数）。

Janus MSiGeN4?(M = Zr and Hf) monolayers derived from centrosymmetric?β-MA2Z4: A first-principles study

Xiaoshu Guo, Sandong Guo

J. Semicond. 2021, 42(12): 122002

doi:?10.1088/1674-4926/42/12/122002

Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/42/12/122002?pageType=en

来源：第12期半导体学报中文导读