Microscopic origin of multiferroic order in monolayer NiI$_2$
$_2$多层膜中多铁性行为的发现为范德华单层膜中的铁电破缺提供了一种新的状态，其特征是在$T=21$ K的临界温度下同时出现螺旋磁有序和铁电有序。然而，NiI $_2$单分子层中多铁性有序的微观起源尚未建立，特别是非共线磁性和自旋轨道耦合在该化合物中的作用仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们揭示了二维多铁性的起源在镍$_2$使用第一性原理电子结构方法。我们表明，helmagnetic状态出现作为一个结果的远程磁交换相互作用，具有相当大的磁矩的碘原子。我们表明，占铁电秩序的电子密度重建出现从非共线磁性和自旋轨道耦合的相互作用。我们证明了铁电有序是由碘自旋-轨道耦合控制的，并导致晶格中的相关电子驱动畸变。我们的研究结果建立了单层NiI $_2$中多铁性行为的微观起源，提出了螺旋磁序和配体自旋轨道耦合共存是二维材料中多铁性行为的驱动力。
2022-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Superior Structural, Elastic and Electronic Properties of 2D Titanium Nitride MXenes Over Carbide MXenes: A Comprehensive First Principles Study
采用密度泛函理论研究了二维TiC/TiN基纯MXene（Tin+1Cn/Tin+1 Nn）和功能化MXene（Tin+1CnT 2/Tin+1 NnT 2，T代表端基：-F，-O和-OH，n = 1，2，3）的结构、弹性和电子性质.基于碳化物的MXene具有比基于氮化物的MXene更大的晶格常数和单层厚度。Tin+1 Nn的面内杨氏模量大于Tin+1Cn的面内杨氏模量，但两种体系的面内杨氏模量均随单层厚度的增加而减小.结合能计算表明，具有较大单层厚度的MXene具有较好的结构稳定性。吸附能的计算表明，Tin+1 Nn更倾向于吸附在端基上，这表明氮化物基MXene具有更高的表面活性.更重要的是，观察到几乎自由电子状态存在于-OH官能化的基于碳化物/氮化物的MXene的表面之外，特别是在Tin+1 Nn（OH）2中，其提供几乎完美的传输通道而没有用于电子输运的核散射。氮化物基MXene的总电导率被确定为高于碳化物基MXene的总电导率。氮化钛基MXenes的优异性能，包括强表面吸附，高弹性常数和杨氏模量，以及良好的金属导电性，使它们成为催化和储能应用的有前途的材料。
2018-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Surface termination dependence of electronic and optical properties in Ti$_2$CO$_2$ MXene monolayers
二维（2D）MXene是一个快速增长的2D材料家族，具有丰富的物理和化学性质，其表面终止起着至关重要的作用。在各种2D MXene中，Ti $_{n}$ C $_{n-1}$相与氧（O）原子的官能化使得它们对于光电应用是有吸引力的，这是由于它们的光学带隙位于红外或可见光区域中。在这篇手稿中，我们从理论上研究了四种不同的O-原子官能化的Ti $_{n}$ C $_{n-1}$ MXene单层的电子和光学性质，使用国家的最先进的，第一性原理技术。特别是，我们计算了准粒子修正的密度泛函理论（DFT）的GW水平和激子为主的光谱通过求解贝特-萨尔彼得方程（BSE）也在有限的动量。我们发现，除了一个单层模型是间接带隙半导体准粒子修正是非常重要的（$\sim 1$ eV）。相反，光谱由具有大结合能（在$0.5$和$1$ eV之间）的直接和间接激子主导。大多数直接激子位于$1.5$ eV以上，而间接激子位于$1.5$ eV以下：因此，我们得出结论，Ti $_{n}$ C $_{n-1}$应该在可见光区显示强吸收，但在红外区显示声子辅助发射。因此，我们的工作揭示了潜在的使用表面终端调整的光学和电子性能的Ti $_{n}$ C $_{n-1}$ MXene单层，同时强调的关键作用，超越DFT的多体效应，以获得准确的预测这些系统。
2022-09-21 cond-mat.mtrl-sci
A new 2D monolayer BiXene, M2C (M=Mo, Tc, Os)
请注意，这是一个相当粗糙的版本，我们的手稿，因为上传tex文件是必要的（我们不愿意上传所有的tex文件）。在这里预测的BiXenes，一个新的家庭的二维单层的存在。理论上，BiXene具有1H对称性（P-6 m ~ 2），可以由4d/5d二元碳化物形成。顾名思义，它们是MXene的近亲，MXene具有1 T对称性（P-3 m1）。新发现的BiXene以及一些新的MXene的形成能接近锗烯的形成能，这表明这些材料应该是可以合成的。其中，我们说明1H-Tc 2C和1 T-Mo 2C在0 K下是动态稳定的，而1H-Mo 2C，1 TTc 2C，1H-Tc 2C和1 T-Rh 2C可能通过应变或温度稳定。此外，化学键的性质进行了分析，强调过渡金属离子和碳之间的共价性是强得多的BiXenes比MXenes。BiXenes的出现不仅可以开辟2D导电单层的新时代，而且还为已经在MXenes中亮相的储能和自旋电子器件的载体材料提供了良好的候选者。
2016-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of electronic and magnetic properties of M$_2$C (M=Hf, Nb, Sc, Ta, Ti, V, Zr) monolayer by applying mechanical strains
通过应变工程来调节材料的电磁性能是提高电子和自旋电子器件性能的有效策略。近年来合成的二维过渡金属碳化物M $_2$ C（M=Hf，Nb，Sc，Ta，Ti，V，Zr），又称MXene，由于其独特的性质，在纳米电子技术领域引起了越来越多的关注。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了M $_2$ C在双轴对称应力作用下的电子和磁性.在无应变状态下，除了Ti $_2$ C和Zr $_2$ C分别显示出1.92和1.25 $μ_B$ /单位的磁矩之外，所有这些MXene都不显示出自发磁性。随着拉伸应变的增加，MXene的磁矩大大增强，并且在零应变下观察到这些MXene从非磁性到铁磁性的转变。在Hf $_2$ C中发现最明显的转变，其中在15%的应变下磁矩升高到1.5 $μ_B$ /单位。进一步证明了Hf $_2$ C的磁性是由Hf（5 $d$）态的能带位移引起的。这种应变可调的磁性可以用来设计未来基于MXene的自旋电子学。
2014-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical tuning of robust layered antiferromagnetism in MXene monolayer
本文通过第一性原理预测MXene Cr$_2$CCl$_2$单层具有高Néel温度的稳健层状反铁磁性，并证明电场或邻近铁电层可打破其反演对称性，为磁电场效应晶体管和非易失性磁电调控提供理想平台。
2023-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Consequences of magneto-electrical coupling in multiferroic VSe$_{2}$$/$Sc$_{2}$CO$_{2}$ heterostructures
本研究采用密度泛函理论探究VSe₂-Sc₂CO₂双层及三层多铁异质结的磁电耦合效应，发现MXene层极化变化可驱动VSe₂能带结构转变，为纳米级高效场效应晶体管与非易失存储器件提供新思路。
2024-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale visualization of multiferroicity in monolayer NiI$_2$
本研究利用扫描隧道显微镜和密度泛函理论计算，在原子尺度上直接探测并表征了单层NiI$_2$中的II型多铁序，并通过电场操控验证了其磁电耦合，为微观磁电效应分析提供了新视角。
2023-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Density Functional Study of Structural and Electronic Properties of Functionalized \ce{Ti_{n+1}X_n} (X= C, N) monolayers
使用常规（PBE）和混合（HSE 06）泛函进行密度泛函理论模拟以研究具有由O、F、H和OH基团封端的表面的MXene单层、\ce{Ti_{n+1}C_n}和\ce{Ti_{n+1}N_n}（$n$ = 1- 9）的结构和电子性质。我们发现PBE和HSE 06给出了类似的结果。在没有官能团的情况下，MXene具有磁有序的基态。除了\ce{Ti_{2}CO_{2}}外，所有研究的材料都是金属的，我们预测它是半导体的。较厚MXene（$n$ $\geqslant$ 5）的费米能级处的计算态密度比薄MXene高得多，表明诸如电子导电性和表面化学的性质将是不同的。一般来说，碳化物和氮化物在相同的官能团下表现不同。
2013-06-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Superconductivity in functionalized niobium-carbide MXenes
基于第一性原理和Eliashberg理论，研究发现Cl和S功能化可显著增强Nb$_2$C MXenes的超导电性，单层Nb$_2$CCl$_2$的$T_c$达10 K，栅极诱导可提升至40 K，并预测Nb$_3$C$_2$S$_2$的$T_c$约为30 K。
2022-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Robust high-temperature topological excitonic insulator of transition-metal carbides (MXenes)
本文提出“宇称阻挫”机制解释拓扑激子绝缘体罕见的原因，并通过第一性原理计算证明单层MXenes可实现室温鲁棒拓扑激子凝聚，为寻找新材料和探究拓扑与多体效应相互作用提供了新平台。
2023-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Universality of Type-II Multiferroicity in Monolayer Nickel Dihalides
Aalto University（阿尔托大学）
研究通过单层NiBr₂验证II型多铁性在过渡金属二卤化物中的普遍性，揭示了磁电相稳定性可通过化学取代调控。
2026-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of electromagnons in a monolayer multiferroic
Aalto University（阿尔托大学）；University of Jyväskylä（于韦斯屈莱大学）
本研究在单层NiI₂中利用低温扫描隧道显微镜实现电磁振子的原子级观测，结合理论计算证实其为电磁振子激发，为电可调自旋电子学开辟了新途径。
2026-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First Principles Study of Photocatalytic Water Splitting by M$_1$M$_2$CO$_2$ (M$_1$ = Zr,Hf; M$_2$ = Hf,Ti,Sc) MXenes
本文通过第一性原理DFT计算研究M$_1$M$_2$CO$_2$ MXenes，筛选出ZrHfCO$_2$和ZrTiCO$_2$作为适合光催化分解水的候选材料，并揭示其在可见光和紫外区域具有良好吸收及光电应用潜力。
2023-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Microscopic evidence of spin-driven multiferroicity and topological spin textures in monolayer NiI2
Fudan University（复旦大学）；Tsinghua University（清华大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海量子科学研究与创新中心）
研究通过矢量自旋极化扫描隧道显微镜揭示单层NiI2中自旋驱动多铁性及拓扑自旋纹理，发现自旋螺旋态与电荷调制，并通过自旋模型验证结果。
2026-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emergent Multifunctionality in Two-Dimensional Janus VSBrI Monolayer: A Study of Multiferroicity, Magnetoelectricity, and Piezoelectricity
基于第一性原理计算，提出Janus VSBrI单层兼具铁磁与铁电特性，具备优异的磁各向异性能与压电系数，且双轴拉伸应变可增强铁电相稳定性，在压电与自旋电子器件中极具应用潜力。
2024-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multifield tunable valley splitting in two-dimensional MXene Cr$_2$COOH
该研究基于第一性原理计算与模型分析，发现单层铁磁半导体 Cr$_2$COOH 具有自发且显著的能谷极化，并可通过磁化方向、应变及铁电衬底多场调控能谷分裂。
2023-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical prediction of Structural Stability and Superconductivity in Janus Ti2CSH MXene
Chulalongkorn University（朱拉隆功大学）
该研究通过原理性计算预测了Janus Ti2CSH单层的结构稳定性与超导特性，揭示了其作为二维超导体的潜力。
2025-09-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Record-large magnetically driven polarization in room temperature ferromagnets Os$X_2$ monolayers
该研究预测二维5d卤化物Os$X_2$单层为室温以上铁磁铁电材料，其磁致极化创II型多铁材料纪录，还存在磁电效应与磁致铁谷，为解决II型多铁材料的核心缺陷提供新途径。
2024-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Competing multiferroic phases in monolayer and few-layer NiI$_{2}$
本文通过理论计算发现单层NiI$_{2}$中存在争议的螺旋磁构型，揭示了由厚度依赖的自旋交换相互作用竞争导致的多种多铁相，并阐明了层堆叠对磁性的影响。
2024-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Decoupled Strain Response of Ferroic Properties in Multiferroic VOCl2 Monolayer
二维磁电多铁性材料是一种具有良好应用前景的小型化逻辑和存储器件材料。在这里，我们探讨了应变工程的有效性，最近预测的2D反铁磁铁电，VOCl 2单层的性能调整。有趣的是，我们发现，磁有序和电极化的强度可以独立地调整使用沿不同的面内晶格矢量的单轴拉伸应变。沿晶格矢量b的4%的拉伸应变引起从具有面外磁化的反铁磁（AFM）基态到具有面内磁化的铁磁（FM）基态的转变。另一方面，沿晶格矢量a的张应变增强了自发电极化的强度，而不影响磁有序。单分子膜在拉伸应变下保持动态稳定，这进一步有助于提高铁磁性和铁电性的居里温度。这种应变可调的多铁性材料为下一代纳米电子器件带来了巨大的希望。
2021-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Heterostructures of MXenes and N-doped graphene as highly active bifunctional electrocatalysts
具有多功能化学性质和优异导电性的MXene是用于能量存储和催化剂的普遍候选材料。受最近将MXene与碳材料杂化的实验的启发，本文从理论上设计了一系列由MXene单层支撑的N掺杂石墨烯异质结构作为氧还原反应（ORR）和析氢反应（HER）的双功能电催化剂。我们的第一性原理计算表明，V2C和Mo2C MXene上的石墨片具有高活性，ORR过电位低至0.36 V，HER的反应自由能接近于零，两者都具有低动力学势垒。这种优异的催化活性来源于石墨片与MXene之间的电子耦合，并与表面碳原子的pz带中心和异质结构的功函数有关。我们的研究结果通过利用MXenes的快速电荷转移动力学和强界面耦合来筛选一种新型的高活性电催化剂，并阐明了调节二维杂化材料催化性能的通用机制。
2018-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Local chemical bonding and structural properties in Ti3AlC2 MAX phase and Ti3C2Tx MXene probed by Ti 1s X-ray absorption spectroscopy
利用X射线吸收近边结构（XANES）和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）研究了过渡金属碳化物MAX相Ti 3AlC 2和MXene Ti 3C 2 Tx中的化学键。MAX相是固有的纳米层压材料，其由Mn+1Xn的交替层和周期表中IIIA或IVA族的A元素的单层组成，其中M是过渡金属，X是碳或氮。用表面终止物质Tx代替A元素将分离Mn+1Xn层，形成Mn+1XnTx的二维（2D）薄片。对于Ti 3C 2 Tx，Tx对应于覆盖每个单个2D Mn+1Xn薄片的两侧的氟（F）和氧（O）。Ti_3AlC_2和Ti_3C_2Tx的K边（1 s）XANES均表现出C_（2 p）- Ti_（3d）杂化的特征边前吸收区，具有清晰的晶场分裂，而主边吸收特征源于Ti_（1 s）-> 4p激发，其中只有后者对终止物种的fcc位占据表现出敏感性。从EXAFS得到的配位数表明，Ti 3AlC 2和Ti 3C 2 Tx是高度各向异性的强平面内的贡献Ti和动态的平面外的贡献从铝单层和终止物种，分别。如温度依赖性测量所示，随着温度从室温升高到750 °C，O的贡献向较短的键长移动，而F减小。
2020-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic Decorated Fe2O3 Monolayer Predicted from First Principles
二维（2D）多铁性材料在减小的空间域中表现出磁响应和电响应之间的交叉控制能力，使其非常适合下一代纳米器件;然而，在开发具有所需特性的材料方面进展缓慢。在这里，我们确定了第一性原理计算强大的二维多铁性行为的装饰Fe 2 O3单层，展示N@Fe2O3作为一个典型的情况下，铁电性和铁磁性干从同一个起源，即Fe d轨道分裂引起的Jahn-Teller畸变和相关的晶体场的变化。所产生的铁磁和铁电极化可以通过施加的电场或应变有效地反转和调节，从而提供有效的功能。这些发现建立了强材料现象，并阐明了一个真正的二维多铁性材料家族的潜在物理机制，这对于先进的器件应用是非常有前途的。
2020-05-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
In-plane strain tuning multiferroicity in monolayer van der Waals NiI$_{2}$
基于密度泛函理论计算和蒙特卡罗模拟，研究了单层NiI $_{2}$中应变水平下的多铁性有序。通过对无应变单层NiI $_{2}$的研究，我们发现第一近邻和第三近邻交换作用在其磁相图的形成中起着至关重要的作用。这些相互作用的竞争导致磁挫挫，导致形成适当的螺旋螺旋基态。我们进一步表明，从无应变单层得出的这些结论可以很好地推广到我们的工程菌株范围内的情况。值得注意的是，我们的计算表明，在$a$ -轴上有6%的拉伸应变和在$b$ -轴上有8%的压缩应变时，Néel温度$T_N$可以显著提高到101 K，比无应变的Néel温度大约5倍。在两个轴上8%的均匀压缩应变下，自发电极化的强度也可以增加一倍以上。我们的工作表明，应变是一种很有前途的方法来调节单层NiI $_{2}$中的多铁性有序，并有可能显著提高其转变温度和电极化的强度，从而拓宽其在自旋电子学器件中的应用前景。
2022-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Stability of adsorption of Mg and Na on sulfur-functionalized MXenes
由过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）组成的二维材料有望彻底改变能量转换和存储。在这项工作中，我们使用密度泛函理论（DFT）研究吸附的Mg和Na原子上的5个M $_{2}$ CS $_{2}$单分子膜（其中M= Mo，Nb，Ti，V，Zr）的电池应用。我们评估的吸附原子（即钠和镁）-单层系统的稳定性，通过计算吸附和形成能，以及作为表面覆盖的函数的电压。例如，我们发现Mo $_{2}$ CS $_{2}$不能支撑整个Na层，甚至不能支撑单个Mg原子。Na和Mg在Zr $_{2}$ CS $_{2}$上表现出最强的结合，其次是Ti $_{2}$ CS $_{2}$、Nb $_{2}$ CS $_{2}$和V $_{2}$ CS $_{2}$。使用轻推弹性带方法（NEB），我们计算了有前途的扩散势垒稀释和几乎全离子表面覆盖的情况下。在稀离子吸附情况下，Ti $_{2}$ CS $_{2}$上的单个Mg和Na原子在最低能量位点之间分别经历$\sim$ 0.47 eV和$\sim$ 0.10 eV的扩散势垒。对于几乎完全的表面覆盖，在Ti $_{2}$ CS $_{2}$上移动的Na离子经历$\sim$ 0.33 eV的能量势垒，这意味着浓度依赖的扩散势垒。分子动力学计算结果表明，Ti $_{2}$ CS $_{2}$在300 K时，两个表面都有三层（一层）Mg（Na）离子存在。虽然，根据…
2021-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Topological skyrmions in monolayer multiferroic MoPtGe2S6
本文通过第一性原理计算与微磁学模拟，揭示单层多铁性MoPtGe2S6在零磁场下可稳定拓扑斯格明子，并可通过电场和磁场调控其手性、磁化方向、拓扑电荷及尺寸，为电子调控自旋电子器件提供新途径。
2024-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Discovery of Intrinsic Ferromagnetic Ferroelectricity in Transition Metal Halides Monolayer
在纳米结构中实现多铁性，结合大的电偶极子和铁磁有序，可能会导致新的应用，如高密度多态数据存储。虽然多铁性已经被广泛研究了几十年，铁磁性铁电性很少被探索，特别是在二维（2D）系统。在这里，我们报告发现的二维铁磁铁电性层状过渡金属卤化物系统。第一性原理计算的基础上，我们揭示了带电CrBr 3单层膜具有面内多铁性，这是由八面体Cr-Br 6单元的不对称Jahn-Teller畸变实现的轨道和电荷有序的组合所保证的.作为一个例子，我们进一步证明了（CrBr 3）2Li是一种铁磁铁电多铁性材料。在这个二维系统中探索的多铁性现象和机制不仅对多铁性的基础研究有用，而且在纳米器件中有着广泛的应用。
2018-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Ferroelectricity, Ferromagnetism, and Anomalous Hall Effect in Half-metallic Monolayer CrTe
研究证明单层CrTe在室温以上具有动力学稳定的多铁性，结合铁磁性、半金属性、铁电性及磁电耦合，并实现电场可调谐的反常霍尔效应，在自旋电子学领域具应用潜力。
2023-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
MXene-based Ti2C/Ta2C lateral heterostructure: an intrinsic room temperature ferromagnetic material with large magnetic anisotropy
利用第一性原理计算研究 Ti₂C/Ta₂C MXene 横向异质结构，揭示其增强力学强度、界面电荷重排、低功函数及高居里温度与大磁各向异性，适用于二维自旋电子学等领域。
2023-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity and ferromagnetism in VOI$_2$ monolayer: the role of Dzyaloshinskii-Moriya interaction
具有内禀铁磁性和铁电性的多铁性材料非常理想，但相当罕见，而大多数铁电磁体是反铁磁性的。最近的一项理论工作[Phys. Rev. B { \bf 99}，195434（2019）]预测，卤氧化物VO $X_2$（$X$：卤素）单层是二维多铁性的，违反了经验$d^0$规则。最有趣的是，成员VOI $_2$被预测表现出自发的铁磁性和铁电性。在本工作中，我们利用密度泛函理论和蒙特卡罗模拟对VOI $_2$单分子膜的结构和磁性进行了研究。具有强自旋轨道耦合的重元素碘的存在导致极性结构中有效的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，这有利于短周期螺旋磁结构。另一个有趣的结果是，原位库仑相互作用可以强烈抑制极性畸变，从而导致铁磁金属态。因此，VOI 2单层是具有螺旋磁性的铁电绝缘体或铁磁金属，而不是铁磁铁电系统。我们的研究突出了Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的关键物理作用。
2020-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Nonvolatile Control of Nonlinear Hall and Circular Photogalvanic Effects via Berry Curvature Dipole in Multiferroic Monolayer CrNBr2
Central South University（中南大学）；Xinjiang University（新疆大学）
多铁单层CrNBr2中通过铁电极化与伯瑞曲率偶极子耦合实现非挥发性非线性霍尔效应和环形光电流控制。
2026-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic Metallic Monolayer Cu(CrSe2)2
该研究通过密度泛函计算、蒙特卡罗模拟和从头算分子动力学，揭示了二维多铁性金属单层Cu(CrSe2)2的铁磁、铁电及磁电耦合特性，并展示了掺杂和应变调控其居里温度与极化的潜力。
2025-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hybrid organic-inorganic two-dimensional metal carbide MXenes with amido- and imido-terminated surfaces
本研究开发了一类新型混合MXenes(h-MXenes)，其有机和无机部分通过氨基和亚氨基键合连接，结合了配位化学与表面科学概念，展现出有机-无机组分相干耦合及优异的抗水解稳定性。
2023-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
BP_5 Monolayer with Multiferroicity and Negative Poisson's Ratio: A Prediction by Global Optimization Method
基于变组分全局优化算法，我们预测了一种稳定的二维磷化硼相，即五磷化硼（BP 5）单层，其形成能低于通常认为的石墨相（g-BP）。BP_5单分子膜是一种具有铁电性和铁弹性耦合的多铁性材料。预测的可逆应变高达41.41%，这是所有报道的铁弹材料中最大的。由于硼和磷原子的非中心对称结构和电负性差异，BP_5中出现了326.0 pC/m的面内自发极化。此外，在BP_5中还观察到最近发现的负泊松比性质。BP_5是一种带隙为1.34eV的间接半导体材料，具有明显的可见光各向异性吸收和高载流子迁移率等优良的光学和电学性质。BP_5丰富而非凡的性质使其成为一种潜在的纳米材料，用于设计机电或光电子器件，如具有方便读写能力的非易失性存储器。最后，我们证明了AlN（010）表面是一个适合于BP_5单层外延生长的衬底。
2017-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Topological Phase Transition Induced by Image Potential States in MXenes: A Theoretical Investigation
MXene是二维过渡金属碳化物和氮化物的一个家族，具有各种可调的物理和化学性质。它们在电子和能量存储设备中的各种潜在应用引发了科学和技术的极大兴趣。MXene可以通过不同的表面封端来官能化。一些O和F官能化的MXene单层已经被预测为拓扑绝缘体（TI）。然而，报道的OH官能化MXenes TI非常少，并且它们的电子结构需要更详细地研究。结果表明，OH终止使MXene的功函数显著降低，像势（IP）态向费米能级移动。这些IP状态的波函数在空间上延伸到表面之外。通过堆叠OH官能化的MXene，IP态的能量可以通过多层膜的层间距离来调制，因为相邻层之间的波函数的重叠和杂化是显著的。因此，这些堆叠层与IP状态相互作用和耦合。在这里，基于第一性原理计算，我们证明了二维拓扑平凡的OH-官能化MXene，如V $_2$ HfC $_2$（OH）$_2$的堆叠，可能会产生拓扑非平凡的能带。换句话说，V $_2$ HfC $_2$（OH）$_2$多层膜的拓扑性质可以通过其层间距离来调制。提出了一种涉及激元态的能带反演方法。我们期望这些结果可以推进MXene或其他低功函数多层材料作为可控TI器件的未来应用。
2020-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of two-dimensional ferromagnetic ferroelectric VOF$_2$ monolayer
目前，设计和寻找具有多种功能特性的材料是实现高性能电子器件的关键。在众多的候选材料中，二维多铁性材料在高密度非易失性存储器等高集成度磁电器件中具有巨大的应用潜力。在这里，我们预测一个二维材料VOF 2单层具有本征铁电和铁磁性能。VOF $_2$单分子膜在VO $X_2$（$X$：卤素）卤氧化物中具有最大的面内铁电极化（$332$ pC/m）。不同于其他VO $X_2$单层的磁性基态是反铁磁或非共线螺旋织构，VOF $_2$单层具有坚固的铁磁基态，这是罕见的，但非常可取的。我们的理论预测提供了一个很好的候选人和起点，进一步追求更多的二维多铁性材料的高性能磁电。
2020-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The coexistence of magnetism and ferroelectricity in 3d transition metal doped SnTe monolayer
实现二维纳米材料的多铁性对于设计先进的纳米电子器件如非易失性多态数据存储至关重要。在本工作中，铁磁性和铁电性共存的单层SnTe系统的过渡金属（TM）掺杂的报告。基于第一性原理计算，在铁电SnTe单层膜中进行TM掺杂可以实现自发自旋极化。在Mn（Fe）掺杂的SnTe单分子膜中，除了出现面内铁电极化外，还出现了面外铁电极化，这是由于TM从表面的内部位移引起的。有趣的是，随着掺杂元素原子序数的增加，以TM为中心的晶场以及掺杂元素与Te之间的相互作用逐渐增强，这解释了形成能降低的原因。SnTe单层膜多铁性的实现为低维多铁性材料的实验制备提供了理论指导。
2019-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of Magnetoelectric Multiferroic Janus Monolayers VOXY(X/Y = F, Cl, Br, or I, and X$\not=$Y) with in-plane ferroelectricity and out-of-plane piezoelectricity
本文通过打破 VOX₂ 的面外对称性设计并预测 VOXY Janus 单层，比较其结构、磁性、铁电及压电性质，发现四种材料具有显著面外压电极化。
2022-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Reversible Gas Sensing by Ferroelectric Switch and 2D Molecule Multiferroics in In2Se3 Monolayer
二维铁电体是一种重要的量子材料，在非易失性存储器中有着重要的应用，然而，尽管其重要性，可逆极化对化学反应以及与环境相互作用的影响却很少被研究。在此，基于第一性原理计算，我们发现了In_2Se_3铁电层表面明显的气体吸附行为和铁电开关控制的可逆气体捕获和释放。我们将这种新现象合理化为气体前沿分子轨道和基底带边态之间能带排列引起的不同静电势和电子转移的协同效应。令人兴奋的是，顺磁性气体分子如NO和NO2的吸附可以诱导表面磁性，并且这种磁性对In2Se3的铁电极化方向也很敏感，表明In2Se3可以作为阈值磁传感器或开关。此外，两个NO分子更倾向于相互铁磁耦合，居里温度与极化有关，最高可达50K，这导致了人们长期寻求的二维分子多铁性。铁电体的可控吸附行为和分子的多铁性将在气体捕获、选择性催化还原和自旋电子器件等方面得到广泛的应用。
2019-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in strained Hf$_2$CF$_2$ monolayer
低维铁电体是一种极具应用价值的物理现象。在这里，从理论上研究了官能化的MXene Hf $_2$ CF $_2$单层，其在中等双轴压缩应变下表现出非极性到极性的转变。伴随着这种结构转变，发生金属-半导体转变。单侧氟层的面内位移导致偏振指向面外。这种铁电性是非常规的，类似于最近提出的层间滑动铁电性，但不完全相同。由于其特定的六瓣势能分布，可能的铁电开关路径和畴壁是不平凡的，这是通过金属顺电态介导的。在这个意义上，可以通过重塑铁电畴来操纵金属壁。
2021-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Triple-well ferroelectricity and kagome-like Chern flat band in two-dimensional multiferroic CuVP$_2$Se$_6$
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）
CuVP₂Se₆单层同时具备可调三重阱铁电性和自旋极化陈平坦带，为拓扑磁性研究提供新平台。
2026-01-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Two-Dimensional Multiferroic Semiconductors with Coexisting Ferroelectricity and Ferromagnetism
低维多铁性虽然在自然界中非常罕见，但由于基础和技术利益而引起了人们的极大关注。利用第一性原理密度泛函理论，我们证明了单层过渡金属磷硫族化合物（TMPC）- CuMP $_2$ X $_6$（M=Cr，V; X=S，Se）中铁磁性和铁电性可以共存.这些范德华层状材料代表了一类同时具有铁电和铁磁有序的2D多铁性半导体。在这些单层材料中，Cu原子自发地远离中心原子平面，引起沿平面法线的非平凡电偶极矩。此外，它们的铁磁性来源于Cr/V原子间的间接交换作用，而它们的面外铁电性则暗示了外部垂直电场控制电极化的强度的可能性。因此，单层半导体TMPC提供了固态2D材料平台，用于实现用顶部和底部电极图案化的2D纳米级开关和存储器器件。
2018-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Electronic and Magnetic Properties of Double Transition Metal MCrCT$_2$ (M = Ti, Mo) Janus MXenes for Enhanced Spintronics and Nanoelectronics
本研究通过理论计算发现Janus MCrCT$_2$ (M = Ti, Mo) MXene具有本征铁磁性及多样的金属与半金属性，其中TiCrCO$_2$单层具有最高铁磁转变温度，不同表面端接展现出独特的磁各向异性及电流诱导切换行为，为自旋电子学应用提供了重要潜力。
2024-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Ferroelectric Ferromagnetic Half Semiconductor in VOF monolayer
本文提出了一种高稳定性的二维多铁性VOF单层材料，它是一种具有大自旋极化度~2 $μ_{B}/V$原子和沿a轴（410 $μeV/V$原子）显著的单轴磁各向异性的本征铁磁半导体。同时，VOF具有很好的铁电性，其自发极化强度为32.7 $μC/cm^{2}$，两个铁电态之间的能垒为43 meV/atom，这归因于Jahn-Teller畸变，并且VOF单层在面内方向具有超大的负泊松比（~-0.34）.基于伊辛模型的蒙特卡罗模拟结果表明，VOF单层材料的居里温度约为215 K，在室温下，该温度在-4%的双轴压缩应变下可以得到提高.
2021-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional multiferroic NbPc COF with strong magnetoelectric coupling and room-temperature ferroelectricity
本研究通过密度泛函理论和蒙特卡洛模拟预测NbPc COF单层为I型多铁性材料，具有室温以上铁电转变和源于磁电同源的强磁电耦合，为有机纳米多铁器件设计提供新途径。
2025-01-23 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Two-dimensional ferromagnetic-ferroelectric multiferroics in violation of the d0 rule
d电子对第二类多铁性材料铁电性的贡献导致了较强的磁电耦合，使其区别于传统的第一类多铁性材料。然而，它们的极化太小，因为铁电性仅仅是磁序的导数。在这里，我们报告了一类新的多铁性材料，单层VOX 2（X = Cl，Br和I），它结合了I型和II型多铁性材料的优点。铁电性和磁性都产生于相同的V阳离子，其中填充的d轨道垂直于先验铁电极化，因此对铁电性没有阻碍，这表明违反了通常的d 0规则。这使得大极化和强磁电耦合的组合成为可能。我们的发现不仅增加了新的铁磁-铁电多铁性，而且还指出了一个独特的机制，工程多铁性。
2019-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Rashba Splitting and Enhanced Nonlinear Berry-Phase Responses in Sliding-Tunable vdW MXene Heterostructures
Lund University（隆德大学）；LINXS Institute of advanced Neutron and X-ray Science（LINXS先进中子与X射线科学研究所）
研究通过滑动可调的二维MXene异质结构探索强自旋轨道耦合和临近效应工程，发现巨Rashba分裂和增强的非线性Berry相响应，揭示了机械调控对交换-自旋轨道耦合相互作用和能隙的连续调控作用。
2026-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Nonvolatile spin field effect transistor based on VSi2N4/Sc2CO2 multiferroic heterostructure
本文通过第一性原理计算提出基于VSi2N4/Sc2CO2多铁异质结的非易失性自旋场效应晶体管，利用铁电极化反转实现半金属到半导体的转变，并在0.02 V偏压下获得约650%的开关电流比，为低能耗非易失性FET器件提供了新路径。
2024-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelectric effect in multiferroic metals via a direct spin-charge interaction
Key Lab of advanced optoelectronic quantum architecture and measurement (MOE), and School of Interdisciplinary Science, Beijing Institute of Technology（北京理工大学光电量子架构与测量教育部重点实验室，交叉科学研究院）
提出基于单层磁体的堆叠工程策略构建多铁金属，通过第一性原理计算验证，发现其线性磁电响应源于外部场调制费米能导致的直接自旋-电荷相互作用，并推导出通用公式。
2026-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional multiferroic metal with voltage-tunable magnetization and metallicity
我们设计了一个多铁性金属，结合了看似不兼容的铁磁性，铁电性，和金属性的空穴掺杂的二维（2D）铁电体与费米能级附近的高密度的状态。采用第一性原理计算，研究了空穴掺杂和砷掺杂的单层α-In 2 Se 3薄膜的强磁电效应。利用由面外极化产生的带相反电荷的表面，可以在非对称掺杂的单层中电接通和关断2D磁化和金属性。替代砷缺陷对表现出一个有趣的电场可调电荷极化过程，伴随着局部磁矩的开关。电荷有序化过程可以通过应变工程调节原位库仑排斥和缺陷偶极-极化耦合的相对强度来控制。我们的设计原则不依赖于过渡金属，拓宽了二维多铁性金属材料的设计空间。
2021-06-28 cond-mat.mtrl-sci
High intrinsic lattice thermal conductivity in monolayer MoSi$_2$N$_4$
最近，成功合成了具有优异的环境稳定性、高载流子迁移率和中等带隙的新型二维（2D）MXene MoSi $_2$ N $_4$（Science 369，670，2020）。本文基于第一性原理计算，通过求解声子玻尔兹曼输运方程，预测了单层MoSi $_2$ N $_4$的本征晶格热导率。尽管Mo的原子质量很大且晶体结构复杂，但单层MoSi $_2$ N $_4$在300至800 K的宽温度范围内出人意料地表现出相当高的晶格热导率。在300 K时，其面内晶格热导率为224 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$。详细的分析表明，大的群速度和小的非谐性是其高晶格热导率的主要原因。我们还计算了单层WSi $_2$ N $_4$的晶格热导率，它只比MoSi $_2$ N $_4$的晶格热导率小一点点。我们的研究结果表明，单层MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$是未来纳米电子器件中潜在的二维热传输材料。
2021-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emergent ferromagnetism in the NiI$_2$-NbSe$_2$ van der Waals heterostructure
Aalto University（阿尔托大学）
研究单层NiI₂靠近超导NbSe₂衬底时磁基态的变化，利用低温STM和STS，发现金属衬底使NiI₂交换作用重整化并驱动其进入铁磁基态，确立YSR态为二维磁性原位探针，证明衬底工程可控制原子级薄材料磁序。
2026-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant spin shift current in two-dimensional altermagnetic multiferroics VOX$\mathrm{_2}$
本研究通过对称性分析和第一性原理计算证实VOX₂（X=Cl、Br、I）单层为二维铁电变磁体，发现其具有强磁电耦合、可调自旋分裂及异常大的自旋位移电流（330.072 μA/V²），为多铁性材料应用提供新平台。
2025-04-18 cond-mat.mtrl-sci
