Enhanced piezoelectricity and modified dielectric screening of 2-D group-IV monochalcogenides
我们使用第一性原理计算来研究IV族单硫族化合物的晶格性质。这些包括静态介电常数，弹性和压电张量。对于单层，它被发现的静态介电常数，除了获得依赖于层间距离，是相对高于在3D系统。与此相反，它被发现，弹性性能的变化不大，由较低的维数。泊松比相关的面内变形接近于零，并存在一个负的泊松比也预测GeS化合物。最后，单层显示出压电性，压电常数高于最近预测发生在其他二维系统，六方BN和过渡金属二硫属化物单层。
2015-11-05 cond-mat.mes-hall
Tuning the ferro- to para-electric transition temperature and dipole orientation of group-IV monochalcogenide monolayers
与配位相关的二维（2D）结构相变是具有结构简并性的二维材料的一个迷人且新颖的方面。然而，这些转变仍然缺乏统一的理论解释，并且通过{ \em ab-initio}分子动力学和2D离散时钟模型建立了以下点：IV族单硫族化合物（GeSe，SnSe，SnTe，.）单层具有四个简并结构基态，并且在有限温度下发生从三重配位到五重配位结构的2D相变。在无应变的样品上，2D相变需要晶格参数自由演变。一个基本的能量尺度允许理解这种转变。转变温度$T_c$和面内本征电偶极子的取向可以通过适度的单轴拉伸应变来控制，并且修改的离散时钟模型描述了应变样品上的转变。这些结果建立了一个一般的基本理论背景，以了解结构相变在二维材料及其对材料性能的影响。
2017-09-14 cond-mat.mes-hall
Injection current in ferroelectric group-IV monochalcogenide monolayers
研究了GeS、GeSe、SnS和SnSe铁电单层膜中的注入电流响应张量（也称为圆形光电流效应或弹道电流）。我们发现注入电流垂直于自发的面内极化，在可见光谱中可以达到$10^{10}$ A/V $^{2}$ s量级的峰值。注入电流的大小是迄今为止文献中报道的二维材料的最大值。为了合理化的大注入电流，我们相关的注入电流谱与联合态密度，电极化的强度，应变等，我们发现，各种因素，如各向异性，面内极化和波函数离域是重要的，在确定这些材料中的注入电流张量。我们还发现，沿极轴的压缩可以增加注入电流（或改变其符号），因此应变可以是一个有效的非线性光学响应的控制旋钮。相反，注入电流可以是晶体结构的灵敏探针。
2019-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tuning energy barriers by doping 2D group-IV monochalcogenides
结构简并是下一代二维材料铁性行为的基础，并在外场、电荷掺杂和/或温度下导致特殊的二维结构转变。这些转换的容易性的最直接的指示器是{ \em弹性能量势垒}，其被定义为（简并）结构基态晶胞与具有增加的结构对称性的晶胞之间的能量差。二维材料与体衬底的接近度可以影响临界场的大小和/或发生这些转变的温度，第一个效应是相对电荷转移，这可以触发结构量子相变。考虑到这一物理图像，我们报告的影响适度的电荷掺杂（内$-0.2$和$+0.2$电子每单元电池）的铁弹性黑色磷和9铁电单硫属化物单层的弹性能垒。弹性能量势垒$J_s$是产生$Pnm2_1\to P4/nmm$二维结构转变所需的能量。类似于铁弹性SnO单层的弹性能垒上的效果，IV族单硫属化物单层显示出类似掺杂量的可调弹性能垒：$J_s$的减少（增加）可以在不超过每个原子十分之一电子或空穴的适度空穴（电子）掺杂下进行设计。
2020-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dialkali-Metal Monochalcogenide Semiconductors with High Mobility and Tunable Magnetism
原型二维（2D）材料的发现为基础突破和器件应用提供了巨大的机会，正如过去十年中石墨烯，原子薄过渡金属硫属化物和少层黑磷的研究蓬勃发展所证明的那样。在这里，我们报告了一个新的，大家庭的半导体二碱金属单硫族化物（DMMCs）与固有的A $_{2}$ X单层结构，其中两个碱金属亚单层形成六方密堆积和三明治的三角形硫族元素原子平面。这种独特的晶格结构导致了非凡的物理性质，例如良好的动态和热稳定性、可见的近红外线能隙、高电子迁移率（例如K $_{2}$ O中的$1.87\times10^{4}$ cm $^{2}$ V $^{-1}$ S $^{-1}$）.最引人注目的是，DMMC单层（ML）在价带（VB）边缘附近具有扩展的范霍夫奇点，这可以通过$\sim1.0\times10^{13}$ cm $^{-2}$的适度空穴掺杂容易地获得。一旦达到临界点，DMMC ML经历自发的铁磁转变时，顶部VB成为完全自旋极化的强交换相互作用。这种门可调磁性在DMMC ML是有前途的探索新的器件概念在自旋电子学，电子学和光电子学。
2018-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional disorder in black phosphorus and monochalcogenide monolayers
具有块状{ \em Pnma}结构的脊状正交二维原子晶体，例如黑磷和单硫属化物单层，是用于许多应用的令人兴奋的新颖材料平台。对于它们的结晶度，这些材料的单层具有四重简并结构基态，并且单个能量标度$E_C$（表示沿着$x-$或$y-$方向切换较长晶格矢量所需的弹性能量）确定这些单层在有限温度下的无序程度。当系统被热激发超过与$E_C/k_B$成比例的临界温度$T_c$时，最近的相邻原子变得温和地重新分配时，就会出现无序。$E_C$可通过化学组成调节，并将这些材料分为两类：（i）具有$E_C\ge k_BT_m$的材料，和（ii）具有$k_BT_m>E_C\ge 0$的材料，其中$T_m$是给定材料的熔融温度。黑磷和SiS单层属于类别（i）：这些材料不显示中间有序-无序转变并且直接熔化。所有其他具有属于类别（ii）的$E_C>0$的单硫属化物单层在熔化之前将经历二维转变。对于GeS和GeSe，$E_C/k_B$略大于室温，而对于SnS和SnSe单层，$E_C/k_B$小于300 K，使得这些材料在室温附近转变。这个通用的原子现象的发病被捕获的平面波茨模型的有序-无序过渡。在这里描述的二维中的有序-无序相变是在本体层状SnSe的上下文中讨论的{ \em Cmcm}相的起源处。
2016-03-03 cond-mat.mes-hall
Intrinsic persistent spin helix in two-dimensional group-IV monochalcogenide MX (M : Sn, Ge; X: S, Se, Te) monolayer
节能自旋电子学被认为是可实现的系统托管持久自旋螺旋（PSH），因为它们支持一个非常长的自旋寿命的载流子。然而，实现PSH需要在动量空间中的单向自旋配置，由于微调Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合的严格条件，这实际上是不平凡的。在这里，我们预测PSH可以内在地实现在二维（2D）IV族单硫族化合物MX单层，一类新的非中心对称的2D材料具有面内铁电性。由于MX单层中的C2 v点群对称性，在面外方向上保持单向自旋配置，从而在[110]取向的量子阱中保持类似于[110] Dresselhaus模型的PSH。我们对不同MX（M：Sn，Ge; X：S，Se，Te）单分子膜的第一性原理计算证实，在价带最大值附近观察到了这种典型的自旋组态，在那里实现了相当大的自旋分裂和相当小的自旋极化波长。重要的是，我们观察到相反的面内铁电极化下的可逆的面外自旋取向，表明电可控PSH自旋电子应用是合理的。
2019-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Group-IV monochalcogenide monolayers: two-dimensional ferroelectrics with weak intra-layer bonds and a phosphorene-like monolayer dissociation energy
我们进行了密度泛函理论计算与自洽范德华校正的交换相关（XC）泛函捕获的结构的黑磷和12个单硫族化合物单层，并发现以下结果：（a）在平面内的单位电池改变其面积从散装到单层。面内距离的变化意味着比共价键或离子键弱的键在单分子膜本身内起作用。这一观察结果与临界温度$T_c$的预测有关。(b)存在唯一地定义基态铁电晶胞（以及正方形和矩形顺电晶胞）的独立参数的层级：仅需要5个可优化参数来建立铁电基态晶胞的晶胞矢量和四个基矢量，而正方形和矩形顺电结构分别仅由3个或2个独立可优化变量定义。(c)当与正方形顺电结构的弹性能垒相比时，独立结构变量的数量减少与矩形顺电晶胞上的较大弹性能垒相关。这意味着在保持晶格参数固定（例如，使用NVT系综）的结构上获得的$T_c$应该大于在允许改变面内晶格矢量（例如，使用NPT系综）的结构上的转变温度。(d)这些材料的离解能（体裂解能）类似于剥离石墨和MoS $_2$所需的能量。(e)正方顺电晶胞的晶格参数与矩形铁电基态晶胞的晶格参数之间存在线性关系。这些结果突出了这些新颖的二维铁电体的微妙的原子结构。
2019-11-25 cond-mat.mes-hall
Transversal flexoelectric coefficients for fifty select atomic monolayers from first principles
我们用从头算密度泛函理论（DFT）计算了50个原子单分子膜沿主方向的横向挠曲电系数。具体而言，考虑到来自第IV、III-V、V族单层、过渡金属二硫属化物（TMD）、第III族单硫属化物、第IV族单硫属化物、过渡金属三硫属化物（TMT）和第V族硫属化物中的每一个的代表性材料，我们进行了自适应DFT模拟以计算在实际相关弯曲曲率下的挠曲电系数。我们发现，材料表现出线性行为，并具有类似的系数沿两个主方向，与TMT的值是高达五倍大于石墨烯。此外，我们还发现了挠曲电效应的电子起源，它随单层厚度、沿弯曲方向的弹性模量和组成原子的极化率之和而增加。
2020-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Photostrictive two-dimensional materials in the monochalcogenide family
光致伸缩的预测SnS和SnSe单层，二维铁电体与矩形晶胞（晶格矢量$\mathbf{a}_1$大于$\mathbf{a}_2$）和平行于$\mathbf{a}_1$的固有偶极矩。发现这些二维材料中的光致伸缩是由光激发电子态中的屏蔽电极化的强度（即，逆压电效应），其导致$a_1$的压缩和相对较小的$a_2$的增加，从而减小了晶胞面积。这里记录的结构变化比在BiFeO $_3$中观察到的大10倍，使得单硫属化物单层成为这种效应的最终平台。这种结构的修改应该是可观察到的实验可行的密度的光致载流子的样品已经生长，具有潜在的有用性，光诱导，远程机械光电应用。
2017-01-09 cond-mat.mes-hall
Phosphorene analogues: isoelectronic two-dimensional group-IV monochalcogenides with orthorhombic structure
IV族单硫族化物SnS、GeS、SnSe和GeSe形成半导体“磷烯类似物”的更广泛组内的一个家族。在这里，我们使用第一性原理计算，系统地研究它们的结构，电子和光学性质，分析与降维相关的变化，从散装到单层或双层形式。我们发现，所有这些二元磷烯类似物是半导体，带隙能量覆盖部分红外和可见光范围内，在大多数情况下高于磷烯。此外，我们发现，他们有多个谷的价带和导带，与自旋轨道分裂的顺序为19-86毫电子伏。
2015-06-23 cond-mat.mes-hall
Vacancies and oxidation of 2D group-IV monochalcogenides
用密度泛函理论研究了SnS，SnSe，GeS，GeSe的单硫族化合物单分子膜中的点缺陷.几个稳定的配置被发现的氧缺陷，但是我们给出的证据表明，这些材料是不太容易氧化比磷，与单硫族化物是等电子的，并共享相同的正交结构。预计并发的氧缺陷是空位和替位氧。我们表明，它是积极有利的氧被纳入层取代硫族元素（OS/Se缺陷），和不同的大多数其他缺陷的调查，这种缺陷保留了材料的电子结构。因此，我们建议，退火处理可以是有用的功能材料的处理，由于存在的缺陷的损失机制是不可取的。
2016-04-14 cond-mat.mes-hall
Interaction of Adatoms with Two-Dimensional Metal Monochalcogenides (GaS, GaSe)
本文采用密度泛函理论的第一性原理计算，研究了吸附原子（Li，Na，K，Be，Mg，Ca，B，C，N，O，Al，Si，P，Ga，Ge，As，Se和S）对GaX（X=S，Se）单分子膜吸附的影响.研究发现，由于Mg原子与3d前过渡金属的成键能力较弱，除Mg原子外，所有吸附原子都能形成较强的化学吸附键。大多数的吸附原子的周期表中的相同的族元素被绑定到GaX衬底在相同的吸附位点。所有的吸附原子停留在上面的层的GaX片，除了在GaSe衬底上的Be吸附原子和整体的六边形几何形状已被保留。通过超原胞计算局部修正了电子结构。特定的吸附原子，如C，Si，Ge，N，P和As引起自旋极化，并获得整数磁矩，因此可以贡献半金属性质的系统。我们的研究结果可以作为基础，为今后的实验和理论研究的吸附在镓。
2017-11-28 cond-mat.mes-hall
Structural phase transition and material properties of few-layer monochalcogenides
GeSe和SnSe单硫属化物单层和双层在远低于熔点的温度$T_c$下经历从矩形晶胞到正方形晶胞的二维相变。在Car-Parrinello分子动力学和密度泛函理论的框架内研究了其对材料性质的影响。当结构转变发生时，没有间隙状态发展，使得这些相变材料在$T_c$之下和之上保持半导体。当面内晶格在$T_c$处从矩形转变为正方形时，电子、自旋、光学和压电性质与早期的预测显著不同。实际上，布里渊区中的$Y-$和$X-$点在$T_c$处变得有效等效，从而导致对称的电子结构。在传导谷边缘的自旋极化消失，并且空穴电导率必须在$T_c$处显示异常的热增加。线性光学吸收带边也必须改变其偏振，使这种结构和电子演化可通过光学手段验证。在这些材料中的巨压电性和铁电性的理论预测已经引起了很大的兴奋，我们在这里估计约为$3\times 10^{-12}$ $C/K m$的热释电响应。这些结果揭示了温度作为少层IV族单硫族化合物的物理性质的控制旋钮的基本作用
2016-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrons, holes, and spin in the IV-VI monolayer 'four-six-enes'
间接带隙IV族金属单硫属化物单层（“四六烯”，如SnS、GeTe等）中的带边态。继承了在布里渊区边缘处的高对称性的倒易空间点附近的性质。我们采用群论和不变量的方法来捕捉这些基本的对称性，包括自旋轨道耦合的有效哈密顿量，并使用微扰理论来阐明的性质的带边状态。特别是，我们展示了导出的波函数的结构如何导致特定的主导动量和自旋散射机制的价空穴和传导电子，我们分析了直接的光学跃迁的带隙，并暴露的相互作用负责的微妙功能的本地色散关系。
2016-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coulomb drag in metal monochalcogenides double-layer structures with Mexican-hat band dispersions
利用玻尔兹曼输运理论，研究了两个平行的p型掺杂GaAs单层膜组成的系统的库仑阻力和等离子体激元模式行为.我们调查的影响，温度，$\ T$，载流子密度，$\ p$，和层分离，$\ d$，对等离子体激元模式和拖曳电阻率内的能量无关的散射时间近似。我们的结果表明，等离子体激元模式的密度依赖性可以近似为$\ p^{0.5}$。此外，计算表明，一个$\ d^{0.2}$和$\ d^{0.1}$的声学和光学等离子体激元能量的依赖性，分别。有趣的是，我们得到的双层金属单硫族化合物的拖曳电阻率的行为之间的行为与抛物型色散的双量子阱系统和具有大的载流子态密度的双量子线结构的摆动。特别地，跨阻率值随着层之间的距离的增加而指数地减小。此外，拖曳电阻率在低（中）温下以$\ T^{2}/p^{4}$（$\ T^{2.8}/p^{4.5}$）形式变化。最后，我们比较了作为温度的函数的GaAs与其他墨西哥帽材料，包括GaSe和InSe的拖曳电阻率，并发现它采用较高的值时，金属单硫族化物具有较小的墨西哥帽高度。
2022-01-06 cond-mat.mes-hall
Electronic, transport and optical properties of monolayer $α$ and $β-$GeSe: A first-principles study
黑色磷烯的特殊性质和新颖的应用引起了人们对IV族单硫族化合物的研究兴趣。在这里，使用第一性原理计算，我们系统地研究单层$α-$和$β-$ GeSe的电子，传输和光学性质，后者是最近实验实现的。结果表明，单层$α-$ GeSe是直接带隙为1.6 eV的半导体，单层$β-$ GeSe是间接带隙为2.47 eV的半导体.对于单层$β-$ GeSe，电子/空穴传输是各向异性的，具有沿Z字形方向的7.84 $\times10^4$ $cm^2/V\cdot {s}$的极高电子迁移率，与黑色磷烯相当。此外，对于$β-$ GeSe，观察到几乎与沿Z字形方向施加的拉伸应变无关的鲁棒带隙。单层$α-$和$β-$ GeSe在可见光谱中都表现出各向异性的光吸收。
2017-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic Favorability of the 1T Phase over the 1H Phase in Group III Metal Monochalcogenide Zigzag Nanoribbons
本研究基于密度泛函理论，系统比较了GaS、GaSe和InSe的1T和1H相锯齿型纳米带的热力学稳定性，发现1T相在34 nm宽度内更具热力学优势且保持半导体特性，为第III-VI族纳米带的合成指明了方向。
2025-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Beyond Graphene: Low-Symmetry and Anisotropic 2D Materials
低对称性二维材料--如ReS $_2$和ReSe $_2$单层、黑磷单层、IV族单硫属化物单层、硼化物等--具有比石墨烯、六方氮化硼和过渡金属二硫属化物的蜂窝晶格更复杂的原子结构。这些新兴材料的对称性降低，产生了不均匀的电子，光学，谷和自旋响应，以及全新的性质，如铁弹性，铁电性，磁性，自旋波现象，大非线性光学性质，光电效应和超导性。新的电子拓扑性质，非线性弹性性质和结构相变也可以发生由于低对称性。“超越石墨烯：“低对称性和各向异性二维材料”专题旨在突出这些新兴材料的最新实验和理论研究。
2020-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Optical Control of Multi-Valley States in 2D SnS
该研究通过含时密度泛函理论与麦克斯韦方程模拟，发现二维SnS单层可通过调整激光偏振和载波包络相位实现多谷态的超快光学切换，为谷电子学器件提供新思路。
2025-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electrically tunable polarizer based on two-dimensional orthorhombic ferrovalley materials
铁谷材料的概念是最近提出的。在这种六方二维材料中，由于铁磁性引起的自发谷极化的存在使得非易失性谷电子应用成为可能。本文介绍了一种具有正交晶格的铁谷族新成员，即单层IV族单硫族化合物（GIVMs），它的谷极化源于铁电性，而不是铁磁性。结合群论分析和第一性原理计算，我们证明了与六方晶格中谷选择性圆二色性不同，新型铁谷材料中存在对谷的线偏振光学选择性。基于这种独特的特性，实现了电调谐偏振器的原型。在基于铁谷的偏振器中，激光束可以可选地在x方向或y方向上偏振，这取决于由外部电场控制的铁谷状态。这种器件可以进一步优化，以发射具有特定手性的圆偏振辐射，并实现工作波长的可调谐性。因此，我们表明，二维正交铁谷材料是一个有前途的候选人，提供了一个有利的平台，实现偏振器的电驱动手段，这是非常重要的，在扩大谷电子学的实际应用。
2017-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical properties of strained graphene and other strained 2D materials: a review
本文综述了应变和波纹对石墨烯电子和光学性质的影响。它首先提供了机械变形的晶体学描述，以及不同类型的代表性变形场的衍射图案。然后，重点转向石墨烯独特的弹性特性，以及应变是如何产生的。此后，用于研究应变石墨烯的电子性质的各种理论方法进行了检查，讨论每一个的优点。这些方法提供了一个平台来描述奇异的性质，如与准晶相关的分形谱，混合的Dirac-薛定谔行为，涌现引力，拓扑绝缘体状态，在分子石墨烯和其他二维离散晶格。应变对光学性质的物理后果进行审查，重点是拉曼光谱。同时，还介绍了利用应变工程调控石墨烯光学电导率的最新进展，为器件应用开辟了新的途径。最后，在多层石墨烯和其他有前途的2D材料，如硅烯和其他IV族元素，磷烯，二硫属化物和单硫属化物单层材料的应变效应的简要回顾，与应变，热效应和照明之间的相互作用的简要讨论，在后者的材料家族。
2017-08-17 cond-mat.mes-hall
