通过第一性原理计算和对称性分析相结合的方法，我们对单层MoSi $_2$ N $_4$的电子性质进行了理论研究.自旋-轨道耦合导致能带分裂，而水平镜像对称锁定了沿z方向的自旋极化。此外，我们还建立了一个三带紧束缚模型来描述单层MoSi $_2$ N $_4$的低能准粒子态，该模型可以推广到应变MoSi $_2$ N $_4$及其衍生物.紧束缚模型的计算结果表明，该模型与第一性原理计算的结果吻合得很好，并显示出无阻尼的$\sqrt{q}$依赖的等离激元模式.我们的模型可以扩展到适合于未来的理论和数值研究的低能性能的MoSi $_2$ N $_4$家庭材料。此外，对单层MoSi $_2$ N $_4$电子性质的研究为它在自旋电子学和等离子体学中的应用奠定了基础。
英文摘要：
By a combined study with first-principles calculations and symmetry analysis, we theoretically investigate the electronic properties of monolayer MoSi$_2$N$_4$. While the spin-orbital coupling results in bands splitting, the horizontal mirror symmetry locks the spin polarization along z-direction. In addition, a three-band tight-binding model is constructed to describe the low-energy quasi-particle states of monolayer MoSi$_2$N$_4$, which can be generalized to strained MoSi$_2$N$_4$ and its derivatives. The calculations using the tight-binding model show an undamped $\sqrt{q}$-dependent plasmon mode that agrees well with the results of first-principles calculations. Our model can be extended to be suitable for future theoretical and numerical studies of low-energy properties in MoSi$_2$N$_4$ family materials. Furthermore, the study of electronic properties of monolayer MoSi$_2$N$_4$ paves a way for its applications in spintronics and plasmonics.
Valley-dependent properties of monolayer MoSi$_{2}$N$_{4}$, WSi$_{2}$N$_{4}$ and MoSi$_{2}$As$_{4}$
在最近的工作中，已经在实验中成功地合成了新的二维材料，单层MoSi $_{2}$ N $_{4}$和WSi $_{2}$ N $_{4}$，并且已经预测了具有类似结构的几种其他单层材料，例如MoSi $_{2}$ As $_{4}$ [{ \color{blue} Science 369，670-674（2020）}]。本文基于第一性原理计算和理论分析，研究了单层MoSi $_{2}$ N $_{4}$，WSi $_{2}$ N $_{4}$和MoSi $_{2}$ As $_{4}$的电子和光学性质.我们表明，这些材料是半导体，与一对Dirac-type谷位于角的六角形布里渊区。由于反转对称性破缺和自旋轨道耦合效应，谷费米子表现出自旋-谷耦合、谷对比Berry曲率和谷选择光学圆二色性。我们还建立了谷的低能有效模型，计算了自旋霍尔电导率和介电常数，并研究了应变对能带结构的影响。我们的研究结果揭示了单层MoSi $_{2}$ N $_{4}$、WSi $_{2}$ N $_{4}$和MoSi $_{2}$ As $_{4}$中有趣的谷物理现象，表明它们在谷电子学和自旋电子学中具有巨大的应用潜力.
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。
Room temperature electron-hole liquid phase in monolayer MoSi$_2$Z$_4$ (Z = pinctogen)
绝缘体中的光激发电子和空穴在高于临界密度且低于临界温度时可凝聚以形成电子-空穴液体（EHL）相。然而，在室温下观察弹流润滑阶段是极具挑战性的。在这里，我们介绍了单层MoSi $_2$ Z $_4$（Z= N，As，P）系列化合物作为一个有前途的平台，在室温下观察弹流相。在两个维度上的库仑相互作用的较高影响有助于这些单层支持EHL相，具有增加的EHL结合能和转变温度，以及强烈的束缚激子。我们的研究结果激励进一步探索的MoSi $_2$ Z $_4$单层实现在高温下的弹性流体动力学阶段，利用光电应用的集体现象。
Prediction of protected band edge states and dielectric tunable quasiparticle and excitonic properties of monolayer MoSi$_2$N$_4$
二维（2D）材料的电子结构固有地易于受到环境扰动，这可能对其在电子或光电子器件中的应用构成重大挑战。二维材料通过两种机制与环境耦合：局部化学耦合和非局部介电屏蔽效应。局部化学偶联通常难以通过实验预测或控制。另一方面，非局部介电屏蔽可以通过以可控方式选择衬底或层厚度来调谐。因此，引人注目的2D电子材料应该提供对局部化学耦合效应鲁棒的带边状态。在这里，它表明，最近合成的MoSi $_2$ N $_4$是一个理想的二维半导体与强大的带边态保护反复无常的环境化学耦合效应。详细的多体微扰理论计算说明了MoSi $_2$ N $_4$的带边态是如何被屏蔽的直接化学耦合效应，但其准粒子和激子的性质可以通过非局域介电屏蔽效应调制。这种独特的性质，以及这种材料的适度带隙和热力学和机械稳定性，为MoSi $_2$ N $_4$在能源、2D电子学和光电子学等领域的一系列应用铺平了道路。
Two-dimensional van der Waals electrical contact to monolayer MoSi$_2$N$_4$
二维（2D）MoSi $_2$ N $_4$单层膜是一类具有优异电学和力学性能的新型二维半导体材料。尽管最近致力于揭示MoSi $_2$ N $_4$的材料性质的密集的研究努力，但是到目前为止，MoSi $_2$ N $_4$的电接触的物理学仍然在很大程度上未被探索。在这项工作中，我们研究了由MoSi $_2$ N $_4$与石墨烯和NbS $_2$单层接触的范德华异质结构，使用第一性原理密度泛函理论计算。我们发现，MoSi $_2$ N $_4$ /NbS $_2$接触具有超低的肖特基势垒高度（SBH），这是有益的纳米电子应用。对于MoSi $_2$ N $_4$ /石墨烯接触，SBH可以经由层间距离或经由外部电场来调制，从而为可重构和可调谐的纳米电子器件打开了机会。我们的研究结果提供了深入了解的物理学的2D电接触的MoSi $_2$ N $_4$，并将提供一个关键的第一步，设计高性能的电接触的MoSi $_2$ N $_4$为基础的2D纳米器件。
Exceptional piezoelectricity, high thermal conductivity and stiffness and promising photocatalysis in two-dimensional MoSi2N4 family confirmed by first-principles
Field-Effect Transistor Based on MoSi$_2$N$_4$ and WSi$_2$N$_4$ Monolayers Under Biaxial Strain: A Computational Study of the Electronic Properties
研究了在双轴应变下，以MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$两种不同结构的单层膜作为沟道材料的场效应晶体管的电子特性.能带结构表明这些化合物是具有间接带隙的半导体。它们的带隙可以通过施加面内双轴应变来调节。在下文中，探索谷的能量和相应的有效质量相对于应变的变化。最后，应变MoSi $_2$ N $_4$或WSi $_2$ N $_4$被用作p型FET的沟道，并探索了相应的电流-电压特性。结果表明，该FET的$\mathrm{_{ON}}$ /$\mathrm{_{OFF}}$比大于$\mathrm{10^6}$，亚阈值摆幅在96-98 mV/dec范围内。比较了这些化合物的$\mathrm{_{ON}}$ /$\mathrm{_{OFF}}$比随应变的变化。
Designing Efficient Metal Contacts to Two-Dimensional Semiconductors MoSi$_2$N$_4$ and WSi$_2$N$_4$ Monolayers
与二维（2D）半导体的金属接触在现代电子和光电子器件中普遍存在。然而，这种接触经常受到强烈的费米能级钉扎（FLP）效应的困扰，这降低了肖特基势垒高度（SBH）的可调谐性，并降低了基于2D半导体的器件的性能。在这项工作中，我们表明，单层MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$ -一个最近合成的二维材料类具有特殊的机械和电子性能-表现出强烈抑制FLP和宽范围可调SBH时，与金属接触。获得了S=0.7的异常大的SBH斜率参数，其优于绝大多数其他2D半导体。这种令人惊讶的行为源于MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$的独特形态。外围的Si-N层形成保护半导体内核免受金属接触的干扰的原生原子层，从而抑制FLP。我们的研究结果揭示了MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$单层膜作为设计高性能和节能的2D纳米器件的新型2D材料平台的潜力。
Strain Modulated Electronic and Optical Properties of Laterally Stitched MoSi2N4/XSi2N4 (X=W, Ti) 2D Heterostructures
International Research Centre MagTop, Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所磁顶国际研究中心）；Department of Physics, Riphah International University, Campus Lahore（拉合尔校区里法赫国际大学物理系）；School of Materials Science and Engineering, CAPT, Peking University（北京大学CAPT材料科学与工程学院）；Department of Physics, University of Antwerp（安特卫普大学物理系）
Tunable electronic properties and band alignments of MoSi$_2$N$_4$/GaN and MoSi$_2$N$_4$/ZnO van der Waals heterostructures
范德华异质结构（VDWH）是一种新兴的策略，工程的二维（2D）材料系统的电子性能。最近发现的MoSi $_2$ N $_4$-一个合成的七层的二维半导体具有特殊的机械和电子性能的启发，我们调查的协同作用\ce{MoSi2N4}与宽带隙（WBG）的GaN和ZnO的二维单层使用第一性原理计算。发现MoSi $_2$ N $_4$/GaN是直接带隙的I型VDHH，而MoSi $_2$ N $_4$/ZnO是间接带隙的II型VDHH.有趣的是，通过沿面外方向施加电场或机械应变，MoSi $_2$ N $_4$/GaN和MoSi $_2$ N $_4$/ZnO的能带结构可以被显著地改变，表现出丰富的过渡行为，例如I型到II型能带对准和直接到间接带隙转变。这些发现揭示了MoSi $_2$ N $_4$基WBG VDWH作为超紧凑光电应用中具有巨大设计灵活性的可调谐混合材料的潜力。
Emerging versatile two-dimensional MoSi$_2$N$_4$ family
2020年通过化学气相沉积发现了二维（2D）层状MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$，而不知道它们的3D母体，由于其结构的复杂性和多样性以及多功能和有趣的性质，激发了对2D MA $_2$ Z $_4$系统的广泛研究。在此，全面概述了该2D MA $_2$ Z $_4$系列的最新进展。从描述新兴的单层MA $_2$ Z $_4$独特的三明治结构特征开始，我们总结和剖析了它们的多功能特性，包括力学，压电，热输运，电子学，光学/光电子学和磁性。通过应变工程，表面功能化和分层策略的性能可调性也进行了阐述。本文综述了二维MA $_2$ Z $_4$在晶体管、光催化剂、电池和气体传感器等方面的理论和实验研究进展，展示了其广阔的应用前景。我们进一步讨论了新的机会，并提出了这个新兴的2D家庭的前景。希望对进一步理解和探索二维MA $_2$ Z $_4$有一定的指导意义。
High and anomalous thermal conductivity in monolayer MSi$_2$Z$_4$ semiconductors
用$ab$ $κ$声子玻尔兹曼输运方法对新合成的二维MoSi $_2$ N $_4$族的晶格热导率及其反常现象进行了分析.在300 K时，MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$的$κ$大于400 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$。$κ$的MoSi $_2$ Z $_4$（Z=N，P，As）服从Slack的经验法则，从Z=N到Z=As减小一个数量级，具有46 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$。然而，在MSi $_2$ N $_4$（M=Mo，Cr，W，Ti，Zr，Hf）中，$κ$相对于M的变化是反常的，即偏离Slack的经典规则。对于同一群中的M，MSi $_2$ N $_4$的$κ$对平均原子质量、德拜温度、声子群速度和键强度不敏感，这是因为它们具有相似的声子结构和散射率.由于M-N键和外Si-N键强得多，声子散射率低一个数量级，含重基-VIB M的MSi $_2$ N $_4$甚至具有比含轻基-IVB M的高3 ~ 4倍的$κ$。然而，这种异常可以追溯到某些基本振动特性的相互作用，包括声学分支及其附近光学分支的聚束强度和平坦度，这超出了Slack的常规指南。这项工作预测了用于热管理的2D MSi的高$κ$ $_2$ Z $_4$，并提供了破译分层2D结构的异常$κ$的微观见解。
Two-dimensional Obstructed Atomic Insulators with Fractional Corner Charge in MA$_2$Z$_4$ Family
根据拓扑量子化学，一类电子材料被称为阻塞原子绝缘体（OAI），其中一部分价电子的中心必然位于晶格中没有原子占据的空$\textit{Wyckoff}$位置上。这些电子与它们的宿主原子重合的中心的阻碍是不平凡的，并且当边界被适当地切割时导致金属边界态。本文基于第一性原理计算并结合拓扑量子化学分析，提出了二维MA $_2$ Z $_4$（M = Cr，Mo，W; A = Si，Ge，Z = N，P，As）单分子层族均为OAI。一个典型的例子是最近合成的MoSi $_2$ N $_4$。虽然它是拓扑平凡绝缘体，占据的电子态是基本能带表示的整数组合，但它具有以空$\textit{Wyckoff}$位置为中心的价电子。它表现出独特的OAI诱导的金属边缘状态沿（1 $\bar{1}$ 0）边缘的MoSi $_2$ N $_4$单层和在三个顶点的某些六边形纳米盘样品尊重C $_3$旋转对称的间隙角状态。容易合成的MoSi $_2$ N $_4$是相当稳定的，并具有1.94 eV的大的体带隙，这使得这些边缘和角状态的识别最有可能用于实验澄清。
Tunable spin polarization and electronic structure of bottom-up synthesized MoSi$_2$N$_4$ materials
在环境条件下操纵二维材料的自旋极化电子态对于开发具有小物理尺寸的新量子器件是必要的。在这里，我们使用第一性原理建模来探索最近引入的2D合成材料MSi $_2$ Z $_4$（M = Mo或W并且Z = N或As）的超薄膜的自旋相关电子结构。堆叠的MSi $_2$ Z $_4$单层被发现产生动态稳定的双层和散装材料与厚度相关的属性。当计算中考虑自旋-轨道耦合（SOC）时，MSi $_2$ N $_4$单层膜在布里渊区四角的$K$和$K'$对称点处显示出间接带隙和大的自旋分裂态，自旋极化率接近100\%.在$K$和$K'$处，自旋沿面外方向被锁定在相反的方向上，导致自旋谷耦合效应。正如预期的那样，由于存在反转对称性，在原始双层中不存在自旋极化，但它可以通过外部面外电场诱导，就像Mo（W）S $_2$双层的情况一样。从间接带隙到直接带隙的转变可以通过在MSi $_2$（N，As）$_4$单层中用As代替N来驱动。我们的研究表明，MSi $_2$ Z $_4$材料可以提供一个可行的替代MoS $_2$类的二维材料的谷电子和光电子应用。
Emergence of Rashba splitting and spin-valley properties in Janus MoGeSiP2As2 and WGeSiP2As2 monolayers
International Research Centre MagTop, Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所）；Department of Physics and Energy Harvest Storage Center, University of Ulsan（蔚山大学物理与能量收集中心）；College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University（深圳大学物理与光电工程学院）
Structure-driven intercalated architecture of septuple-atomic-layer $MA_2Z_4$ family with diverse properties from semiconductor to topological insulator to Ising superconductor
受七原子层MnBi $_2$ Te $_4$在结构上可以看作是双原子层MnTe嵌入五原子层Bi $_2$ Te $_3$的组合的事实的启发，我们提出了一种构造12个七原子层的$α_i$ -和$β_i$ - $MA_2Z_4$单层家族的一般方法（\emph{i} = 1至6）通过将MoS $_2$ -型$MZ$ $_2$单层插入InSe-型A $_2$ Z $_2$单层中。除了再现实验合成的$α_1$ $_2$ N $_4$、$α_1$ $_2$ N $_4$和$β_5$ $_2$ Te $_4$单层材料之外，还预测了另外66种在价电子数（VEC）上跨越宽范围的性质的结晶和动态稳定的$MA_2Z_4$。具有32或34 VEC规则的$MA_2Z_4$大多数是具有直接或间接带隙的半导体，然而，具有33 VEC的通常是金属、半金属铁磁性或无自旋带隙半导体，取决于未成对电子是否被自旋极化。此外，我们还提出了用于自旋谷极化的$α_2$ $_2$ PPDMATHABMN，用于Ising超导体的$α_1$ $_2$ NPDMATHABMN和用于拓扑绝缘体的$β_2$ $_2$ Se $_4$.
Determination of the Spacing Between Hydrogen-Intercalated Quasi-Free-Standing Monolayer Graphene and 6H-SiC(0001) Using Total-Reflection High-Energy Positron Diffraction
Outstandingly high thermal conductivity, elastic modulus, carrier mobility and piezoelectricity in two-dimensional semiconducting CrC2N4: A first-principles study
