西安交大科研人员在二维铁弹狄拉克半金属材料的模拟研究中取得新进展

以二硫化钼为代表的范德华层状二维材料，因其优异的力学性能和巨大的体表面比，往往可以承受高达10 %的巨大弹性应变。根据这一特点，前期研究人员发展出了针对二维材料的“弹性应变”工程，即通过施加巨大的应变，实现对于二维材料光电、磁性和催化性质的有效调控。实验中，通常可以通过原子力显微镜的探针或者来自衬底的晶格失配来对于二维材料施加应变。但是当探针或衬底被撤走后，二维材料上的应变随即消失。如何让二维材料能够自发地“锁定”巨大的弹性应变，这对于实现二维材料性质的有效调控，拓展二维材料的实际应用都有着重大的意义。

为此，西安交大前沿院缑高阳研究员课题组同香港城市大学和湖南师范大学的合作者开展研究，证实可以在二维铁弹材料中实现自发的“铁弹应变”调控。第一性原理计算结果表明：从实验已合成的InBi块体单晶中剥离出的InBi单层，会发生自发铁弹形变。同时，在InBi单层布里渊区的边界处，会出现受到对称性保护的四重简并的狄拉克点。这是在二维材料体系中，首次报道兼具二维铁弹和狄拉克费米态的新型二维铁弹狄拉克半金属材料。基于铁弹形变和体系电子态之间的强烈耦合，可以利用自发铁弹应变同时实现对于InBi单层的狄拉克费米态和载流子自掺杂的有效调控。该计算模拟的结果有望为后续实验所证实，从而开发出基于InBi二维材料，兼具高载流子迁移率和可控载流子导电类型的超薄电子器件。

常规二维材料的“弹性“应变工程；在二维铁弹狄拉克半金属InBi单层材料中，

有望实现自发”铁弹应变“对于狄拉克费米态和载流子自掺杂效应的有效调控。

上述研究工作近日以《InBi：具有应变可调自旋轨道狄拉克点和载流子自掺杂效应的二维铁弹材料》（InBi: A Ferroelastic Monolayer with Strain Tunable Spin?Orbit Dirac Points and Carrier Self-Doping Effect）为题发表在国际材料纳米领域权威期刊《美国化学学会-纳米》（ACS Nano）。论文第一作者为西安大学前沿院博士生丁欣恺，西安交大前沿院缑高阳研究员、湖南师范大学物理学院朱紫明副教授(西安交大前沿院博士毕业生)和香港城市大学材料科学与工程系曾晓成讲席教授为论文的共同通讯作者，西安交大为论文第一作者和通讯作者单位。该工作在国家自然科学基金、西安交大基本科研业务费、国重室开放课题等项目资助下完成。

缑高阳研究员近年来开展基于第一性原理，关于低维铁性功能材料的高通量筛选和性能模拟的研究。上述工作为其继二维铁电材料高通量筛选[Nanoscale Horiz. 4, 1113 (2019)]和二维铁电材料的自旋电子学效应模拟研究[Nano Research 15, 6779 (2022)]之后，在二维铁性材料领域取得的又一重要研究成果。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c10387

缑高阳研究员课题组链接：https://gr.xjtu.edu.cn/zh/web/gaoyang/home