2024-07-11：课题组博士生万珍珍的研究工作“First-principles study of the valley-polarized quantum anomalous Hall effect in TiBrTe monolayers”发表在Chinese Journal of Physics。
谷极化量子反常霍尔效应对于基于谷自由度的量子信息处理具有重要意义，但目前在二维材料中实现这种效应还具有挑战性。通过第一性原理计算，我们研究了TiBrTe单层的电子结构、磁性和拓扑性质。TiBrTe单层是一种本征铁谷半导体，具有面内易磁化轴，居里温度高达569 K。通过控制磁性原子的磁化方向，可以调节或翻转TiBrTe单层中的谷极化。电子关联效应可用于控制K谷和-K谷的不同能隙。随着电子关联效应的增加，会出现拓扑相变，并可诱导谷极化量子反常霍尔效应，这是由贝里曲率符号逆转和dx2-y2/dxy与dz2轨道之间的能带反转引起的。研究结果为谷电子量子器件的应用提供了一条途径。
图1 (a)二维Janus TiBrTe单层的俯视图和侧视图。(a)中具有虚线的菱形表示晶胞。(c) 一般二维六方晶系的布里渊区。(d) TiBrTe单层的声子谱。(e) 在500K下运行 AIMD 时，总能量（eV/f.u.）随模拟时间的变化。插图显示了结构的照片。(f) TiBrTe单层的平面平均静电势，插图显示了TiBrTe单层的差分电荷密度。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cjph.2024.07.013
2024-05-25：祝贺姜楠、孙婷钰和曹家璇同学顺利通过硕士学位论文答辩!
姜楠、孙婷钰和曹家璇同学的硕士学位论文题目分别是“应变调控范德华单层材料磁性的第一性原理研究”、“二维Kagome晶体材料电子结构与磁性质的第一性原理研究”与“基于多普勒穿墙雷达的墙后目标定位技术研究”。 姜楠、孙婷钰和曹家璇同学分别于福州金山中学、深圳外国语高中园致远高中与长沙气象雷达标校中心就职。祝同学们工作顺利，前程似锦!
2024-04-10 ：课题组硕士生熊威的研究工作“First-principles study on the p-orbital multiferroicity of single-layer XN(X = Ge, Sn, Pb)” 发表在Results in Physics上。
二维多铁性材料由于其在纳米电子学中的广泛应用而引起了人们的兴趣。我们预测了三种二维材料XN (X=Ge, Sn, Pb)的新型p轨道多铁性。这些材料是具有宽带隙和强磁电耦合的铁磁性半导体。磁性的起源可以归因于N原子的未配对p轨道，而铁电性与独特的屈曲晶体结构有关。利用蒙特卡罗模拟，我们估计了SL GeN, SnN和PbN的FM居里温度(TC)，分别为205.44,200.45和287.88K。施加双轴拉伸应变进一步提高了这些TC值，分别达到225.39、245.35、369.99 K。值得注意的是，双轴应变已被确定为在这些材料中诱导半导体到半金属转变的催化剂。当拉伸应变超过6%和4%时，SL SnN和SL PbN从铁电相转变为顺电相。这一全面的探索不仅有助于扩大二维多铁性领域，而且强调了这些材料在高性能自旋电子器件中的巨大潜力。
图1 (a) SL XN (X=Ge, Sn, Pb)晶体结构的俯视图和侧视图，以及标记高对称k点的二维布里渊区。(b)顶视图SL XN (X=Ge, Sn, Pb)的电子局域函数(ELF)图。(c) FE和PE相的晶格结构。(d-f) SL XN (X=Ge, Sn, Pb)的声子谱。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.rinp.2024.107665
2024-03-07：周文哲博士的研究工作“Symmetry and magnetic direction dependent spin/valley splitting and anomalous Hall conductivity of antiferromagnetic monolayer MnPTe3”发表在Materials Today Physics。
由于时间反转对称性破缺或自旋-能谷耦合，二维磁性材料中存在固有的能谷劈裂，这与对称性和磁序密切相关。基于具有不同对称性的单层MnPTe3，我们从轨道相互作用的角度理解了自旋/谷分裂和反常霍尔电导率对磁化方向的依赖关系。与具有中心反转对称性的T-MnPTe3不同，平面内磁化导致H-MnPTe3的谷电子简并被破坏，并且分裂的谷态是自旋极化的，垂直于平面内磁化方向。模型和第一原理计算一致表明，谷态的分裂几乎与sinθxz成正比，这源于空间反演对称性的破坏所引入的自旋向上和自旋向下相互作用的差异。无论自旋简并如何，平面外磁化都会产生非零的反常霍尔电导率，这种与方向相关的反常霍尔效应是由相邻Te原子的镜像对称性破缺和自旋-轨道耦合引起的。磁化方向是调节谷/自旋分裂和反常霍尔效应的重要手段，对实现自旋或谷极化霍尔效应以及自旋电子或谷电子学器件的研究具有一定意义。
图1 具有八面体结构（a）和三棱柱结构（b）的单层MnPTe3。当z方向或x方向磁化时，单层T-MnPTe3（c）和H-MnPTe3（d）的谷和自旋的简并情况。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2024.101389
2024-01-09：课题组博士生雷博程的研究工作“Room-temperature ferromagnetism and half-metallicity in monolayer orthorhombic CrS2”在物理学知名期刊Frontiers of Physics上发表。
具有高温铁磁性和半金属性的二维材料在自旋电子器件中有很好的应用。本项工作基于第一性原理计算，研究了一种具有正交晶格的新型二维CrS2材料。该材料表现在动力学、热力学和力学上都是稳定的。单层正交CrS2基态是铁磁半金属性的，居里温度为895K；它还具有较大的自旋翻转带隙值（0.804eV），可以保持稳定的自旋极化，并且不受热激发的影响。这种室温铁磁性和半金属性可以在-5%至5%的双轴应变下保持稳定性。同时，增加应变可以显著保持面外的磁各向异性。除此之外，分波态密度和轨道分辨磁各向异性分析表明，应变增强的MAE与Cr原子的3d轨道分裂密切相关。这表明单层正交CrS2是未来自旋电子学材料的理想候选者。
图1 (a) 在FM态下单层正交CrS2的电子结构。(b)MC模拟的总磁化强度和比热随温度变化的函数。(c)在0%应变下Cr原子的轨道分辨MAE；(d)双轴应变下单层正交CrS2的TC。
2024-01-07：课题组师生参加湖南省物理学会2023年学术年会暨换届大会。
1月6日至8日，由湘潭大学举办的湖南省物理学会学术年会2023年暨换届大会在湘潭市韶山建国酒店隆重召开，来自中南大学、湖南大学、国防科技大学、湖南师范大学、湘潭大学等全国16所高校四百余位专家、代表出席会议。大会报告6位，分会报告138位，分5个会场同步进行，涉及量子力学、量子光学、材料物理、高能物理、大学物理与中学物理教学研究等多个物理学及交叉领域。参会代表围绕物理学科研和教学领域的最新动态和最新研究成果进行了深入交流研讨。课题组师生共10人参加了本次会议，其中周文哲博士、刘天宇、蒋俊杰、万珍珍、雷博程、黄文强同学分别做了题目为“单层反铁磁材料MnPTe3的自旋/能谷劈裂和反常霍尔电导”、“二维多铁性范德华异质结堆垛依赖的电子结构与磁性的第一性原理研究”、“低对称二维ReS2化学气相沉积法可控制备研究”、“单层铁谷CrISe固有谷劈裂和磁性能的调谐”、“单层正交CrS2的室温铁磁体性和半金属性”、“单层MoS2中线缺陷的生长各向异性与形貌演变”等学术报告。课题组多年来聚焦石墨烯与类石墨烯等低维量子材料的电子学理论、器件设计与实验制备领域的研究，以及大中物理衔接教育研究，并取得系列创新成果。同时，建立了导师-博士生-硕士生科学研究的协同育人机制，课题组老师带领学生参加大型学术会议，访学知名院所，进行学术交流，旨在开阔学生专业视野，挖掘科研潜能，提高学术水平。
2024-01-01：课题组本科生光电21级范轶琛同学在物理学国际期刊Physica Scripta上发表学术论文。
近日，课题组本科生光电21级范轶琛同学以第一作者身份在物理学ESI国际期刊Physica Scripta发表题为《Remote-controllable Refractive-index-sensitive Plasmonic Waveguide and Rake-like Switch: Designs and FDTD Simulations》的科研论文(Phys. Scr., 2023, IF=2.9)。该论文报道了一种远程可控MIM光波导结构和“钉耙”状光开关。光波导的光传输特性可通过距离波导0.5um处的远端控制器进行有效调控，光信号开关比达30，研究成果在局域等离子体共振的远程激发与调控，远程可控折射率敏感等离子体光波导传感器等领域具有重要应用前景。
图1 远程可控等离子体过滤器的示意图。
课题组注重大学生拔尖创新人才的培养，建立了导师-研究生-本科生科学研究的协同育人机制，旨在提高本科生的科研能力与素养，对拔尖本科生进行研究生方式培养，成效显著。在最近的10年里，指导本科生60余人，校优秀本科生毕业论文6篇，全国大学生创新学术论文1篇，指导国家级大学生创新科研项目6项，指导本科生以第一/第二作者发表SCI论文多篇 [物理化学学报, 2011, 27(5): 1103-1107 (应物06,孙大力,第一作者)；物理学报, 2013, 62(10): 106101 (应物09, 焦学敬,第一作者)；Journal of Applied Physics, 2018, 98:60-65 (物科14,胡梦黎,第一作者);物理学报, 2021,70(9):096301 (应物16,张德贺,第一作者)；物理化学学报, 2013, 29(08):1648-1654 (应物08, 杨金新,第二作者)；Journal of Applied Physics, 2013,114(21), 213701 (封面文章,应物09,倪祥,第二作者)；RSC Adv., 2015(5) 35929-35933(应物11,李奥林,第二作者)]。
论文链接：https://doi.org/10.1088/1402-4896/ad1910
2023-09-29：周文哲与郑贵博的研究工作“Valley-dependent topological phase transition in monolayer ferrovalley materials RuXY (X, Y = F, Cl, Br)”发表在Applied Physics Letters。
由于时间反转对称性和空间反演对称性的破坏，六方铁谷材料具有固有的大谷极化。模型分析表明，调整谷的两个不同带隙可以实现铁谷半导体（FS）、半谷金属（HVM）和谷极化量子反常霍尔半导体（VQAHS）之间的相变。通过第一性原理计算，预测了单层铁电谷材料RuXY（X，Y=F，Cl，Br）在顶部价带和底部导带处表现出谷分裂，以实现这种与谷相关的拓扑相变。d轨道轨道的不同轨道比例使得在价带顶部的谷分裂比在导带底部的谷分裂大得多。应变可以调节轨道之间的相互作用，从而产生谷相关的能带反转，导致量子自旋或谷霍尔效应。在适当的双轴应变条件下证明了手性边缘态。拓扑相变与能带结构的反演以及K和K'谷处的Berry曲率有关。这些结果对二维谷相关量子材料的设计和谷电子学器件的应用具有一定的意义。
图1 能谷依赖的拓扑边缘态和各参数对Chern数的调控。
论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0170592
2023-08-24：祝贺课题组周文哲博士后申报2023年国家自然科学青年基金"二维磁性材料中磁序依赖的能谷/轨道霍尔效应的理论研究"顺利立项！
能谷霍尔效应和轨道霍尔效应对于能谷、轨道自由度的调控及其量子器件的设计应用具有重要意义。近年来多种二维磁性材料的出现和其中自旋-轨道-能谷耦合的研究为外场调控能谷、轨道的输运提供了新的平台。揭示能谷/轨道霍尔效应的产生机制及其与磁序的对应关系，实现自旋-轨道-能谷耦合和磁序依赖的能谷/轨道霍尔电导的量子调控是亟待解决的科学问题。本项目拟采用第一性原理方法，基于GdI3、MnPTe3、Fe3Sn2等二维磁性材料，研究不同磁序下的能谷极化和轨道特性；构建有效物理模型，揭示对称性和磁序以及各微观参数对能谷/轨道霍尔效应的决定作用；通过应变、电场等外界条件调控磁序依赖的能谷/轨道霍尔电导，阐明调控自旋-能谷-轨道耦合的物理原因。本研究将加深对能谷/轨道霍尔效应和自旋-轨道-能谷等关联作用及其量子调控的物理理解，为新型二维磁性材料的发现和能谷、轨道等输运器件的研究与实际应用提供理论指导。
2023-08-15：新疆大学和中南大学联合申报2023年度自治区自然科学基金重点项目“新型二维材料电子学理论与器件基础研究”顺利立项！
新疆大学和中南大学成功联合申报2023年度自治区自然科学基金重点项目“新型二维材料电子学理论与器件基础研究”，实现新疆大学物理院在自治区自然科学基金重点项目上新的突破。
以石墨烯和硫化钼代表的新型二维材料展示了许多新奇量子效应和优异的物化性质，有望成为下一代电子学的基础材料，用于微纳电子器件和光电功能器件。本项目拟围绕新型二维材料电子学理论及器件基础研究中的若干科学问题，主要聚焦新型二维材料电子结构及其轨道、自旋、能谷等多自由度耦合和输运性质、基于机器学习的新型二维材料高通量筛选与器件设计、二维材料的转角电子学及其隧穿器件、以及新型二维材料及界面异质结构的精准构建与功能器件基础的研究。通过项目的研究，可深度理解新型二维材料电子学基础理论研究中数个关键科学问题，理论设计一系列基于二维材料的电子学功能器件，阐释材料与器件中的新颖量子效应与微观物理机制，获得高性能二维电子学的基础材料及原型器件。本项目的施行有望在“二维材料能带工程、电子学基础理论与器件基础”领域取得一批原创性科研成果。
本项目负责人为欧阳方平教授，项目组主要成员包括新疆大学9位老师和中南大学6位老师。
2023-08-15：课题组与深圳大学张文静老师课题组的合作研究工作“Changes in the Photoluminescence of Ultra-weak Interlayer Coupled MoSe2/PbI2 van der Waals Heterostructures”发表在Applied Physics Letters。
光生动力学已在二维（2D）异质结构中得到广泛研究，如MoSe2/WSe2和MoSe2/MoS2。在本工作中，我们采用物理堆垛方法制备了单层PbI2和单层MoSe2范德华（vdW）异质结构。光致发光（PL）和瞬态动态吸收光谱的激发波长相关测量表明，PbI2和MoSe2之间几乎没有光生电荷转移。层间电荷转移调控异质结处MoSe2的费米能级，进而决定其PL强度。密度泛函理论计算表明，MoSe2/WSe2或MoSe2/MoS2异质结构中的结合能是MoSe2/PbI2异质结构的2-3倍，这表明MoSe2和PbI2之间的层间耦合较弱。我们提出，弱的层间vdW耦合不能驱动光生层间电荷转移，而费米能级调制可以通过层间电荷传输来实现。这一发现将有助于基于二维材料vdW异质结构的新型光电器件的基础研究和应用。
图1 分别用60-PbI2、75-PbI2和90-PbI2堆叠的MoSe2/PbI2范德华异质结构的OM图像、AFM图像、KPFM图像和表面电势轮廓。
论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0141793
2023-05-22：祝贺张月同学顺利通过博士学位论文答辩！
张月同学的博士学位论文“低维钴、镍基催化剂的可控制备及电催化性能研究” 以低成本钴、镍基材料为主体结构，通过低维结构设计、异质结构构筑等策略优化催化剂材料的电子结构及增加暴露的催化活性位点，进而提高催化剂材料的催化活性和降低反应能垒，实现高效稳定的电解水制氢。在Appl. Phys. Lett., Inorg. Chem.等期刊上发表学术论文6篇，授权国家发明专利1项，主持并完成研究生科研创新项目1项。曾获2022-2023学年“研究生校长奖学金-创新奖”。目前张月博士任职于南昌航空大学。
2023-05-19：祝贺张德贺、蘧水仙、郑贵博同学顺利通过硕士学位论文答辩！
张德贺、蘧水仙、郑贵博同学的硕士学位论文题目分别是“应变和掺杂对二维材料磁性与谷劈裂的调控”、“二维铬基材料电子结构与内禀磁性的第一性原理研究”和“二维Janus卤化物自旋/谷劈裂的第一性原理研究”。张德贺、蘧水仙、郑贵博三位同学将分别进入南京大学、中山大学和华南理工大学攻读博士学位。祝同学们工作顺利，前程似锦！
2023-03-16：祝贺课题组2009级本科毕业生倪祥入职中南大学！祝贺课题组2014级本科毕业生胡梦黎获“洪堡学者”博士后奖学金！
倪祥系课题组2009级应物专业本科生，本科期间专注于WS2纳米带电磁学性质的第一性原理研究，并在国际期刊Journal of Applied Physics上发表封面学术论文，后赴美国纽约城市大学攻读博士学位。围绕“拓扑物理与光子器件、纳米光子学和量子光学”课题开展研究，取得系列创新研究成果，在Nature，Physical Review Letters等顶级学术刊物上发表多篇学术论文，2022年入选国家级青年人才计划，2023年入职中南大学。胡梦黎为2014级物理科学班本科生，本科期间紧跟国际学术前沿，进行了基于磷烯纳米带选择性边缘吸附的场效应晶体管的第一性原理研究，以第一作者身份在物理学国际期刊Physica E上发表研究工作，并在2018年第十一届全国大学生创新创业年会上进行交流，后赴香港科技大学攻读物理学博士学位，近日获2023年德国“洪堡学者”博士后奖学金 (Humboldt Research Fellowship for Postdoctoral Researchers)的资助。课题组多年来注重拔尖创新大学生的培养，建立导师-研究生-本科生科学研究的协同育人机制。课题组至今已毕业本科生90余人，其中78人读研深造，6人获校级优秀本科生毕业论文。本科生以第一/第二作者发表SCI论文10余篇、完成多项国家级大学生创新科研项目。
【洪堡博士后研究奖学金】：洪堡博士后研究奖学金由德国最重要的国际科研人才资助机构之一的洪堡基金会提供。洪堡基金会是以德国科学家亚历山大·冯·洪堡的名字命名，成立于1860年，其主要任务是为世界范围内资质优秀的年轻学者和科学家提供研究资助，促进学者与科学家之间的交流，开展国际间科学合作。
2023-03-10：祝贺课题组张德贺同学获评省优秀毕业生及校优秀毕业生，蘧水仙和许吉祥同学获评校优秀毕业生！
2020级硕士生张德贺同学在科研上勤奋刻苦，创新能力强，曾获国家奖学金。研究课题为应变和掺杂对二维材料磁性与谷劈裂的调控研究。张德贺同学关于“Combined piezoelectricity, valley splitting and Dzyaloshinskii-Moriya interaction in Janus GdXY (X, Y = Cl, Br, I) magnetic semiconductors” 发表在Physical Chemistry Chemical Physics上。“单层多铁材料CuMP2X6磁晶各向异性和谷劈裂的调控”的研究工作发表在物理学国际学术期刊Physical Review B。 “原子替位掺杂对单层Janus WSeTe电子结构的影响”的研究工作发表在《物理学报》上；2020级硕士生蘧水仙同学学习认真，对待科研积极主动。研究课题为二维Cr基范德华磁性材料及其异质结的第一性原理研究。蘧水仙同学关于“Promoting Perpendicular Magnetic Anisotropy and Curie Temperature in Cr2Ge2Te6/PtTe2 Heterostructures” 的研究工作发表在Journal of Physics D: Applied Physics上；2019级本科生许吉祥同学研究课题为动态核极化下的量子控制理论研究。本科四年成绩名列前茅，曾获得全国大学生物理实验竞赛一等奖，大学生创新创业国家级立项，湖南省仪器仪表学会年会优秀论文一等奖等荣誉，现已保研至中国科学技术大学直博深造。
2023-03-10：张月同学的研究工作“Silver-decorated cobalt-molybdenum oxides nanosheets as a pH-universal electrocatalyst for high-efficiency hydrogen evolution reaction”于Applied Physics Letters在线发表。
理论计算首先揭示了Ag的引入可以优化Co2Mo3O8的氢吸附吉布斯自由能 (ΔGH*)，增强Co2Mo3O8的水吸附能(ΔEad)，从而提高其电催化氢析出反应（HER）的本征催化活性。此外，理论计算也揭示了Ag的引入很好地调节了Co2Mo3O8的电子结构和催化活性位点。实验结果证实制备的Co2Mo3O8-Ag复合材料在全pH范围电解液中表现出优异的HER性能。Co2Mo3O8-Ag在不同pH电解液中，仅需55.5 mV (碱性)、63.2 mV (中性)和68.2 mV (酸性)的低过电位，就可以实现10 mA cm-2的电流密度。同时，Co2Mo3O8-Ag在碱性、中性和酸性电解液中也表现出出色的稳定性和突出的电化学反应动力学。更重要的是，在碱性电解液中，在10 mA cm-2时，Co2Mo3O8-Ag‖RuO2全水解双电极系统的电压为1.50 V，低于Pt/C‖RuO2，表明其具有实际应用的潜力。本工作为其他过渡金属氧化物实现高效pH通用型HER催化剂及其实际应用提供了有价值的思路。
图1 (a)Co2Mo3O8-Ag的HER机理示意图。(b)所制备样品上不同位点的水吸附能。(c)所制备样品在碱性电解液中的HER极化曲线和(d)稳定性测试曲线。
2023-03-03：郑贵博同学的研究工作“Janus monolayer TaNF: a new ferrovalley material with large valley splitting and tunable magnetic properties”被Frontiers of Physics接收发表。
具有大的本征谷劈裂和高的居里温度的材料在谷电子学的实际应用中具有巨大优势。本项工作基于第一性原理计算，预测了一种新的Janus单层TaNF，该材料由于具有自发自旋极化、空间反演对称破缺和强自旋-轨道耦合（SOC）而表现出优异的压电性能和本征谷劈裂。除此之外，TaNF表现出的高居里温度和巨大的面外磁各向异性能，表明它也是一种潜在的二维（2D）磁性材料。通过双轴应变可以有效调控TaNF的带隙，使TaNF单层从半导体转变为半金属。双轴应变还可以调控导带底能谷的轨道组成，进而调控谷劈裂的大小。磁各向异性能（MAE）可以通过双轴应变改变d轨道的能量组成和占据（未占据）状态来调控。此外，Janus TaNF单层在-3%的双轴应变下居里温度达到373K，这表明在高温下可以用于制作自旋电子学和谷电子学器件。
图1 (a) Janus TaNF单层在K与K′谷的电子结构放大图。(b) 蒙特卡罗模拟居里温度。(c) Janus TaNF单层的差分电荷密度图。
2023-02-09：孙婷钰同学的研究工作“应变和电场对Ga2SeTe/In2Se3异质结电子结构和光学性质的影响”被《物理学报》接收发表。
异质结构的构筑与堆垛是新型二维材料物性调控及应用的有效策略。本工作基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了四种不同堆叠构型的新型二维Janus Ga2SeTe/In2Se3范德华异质结的电子结构和光学性质。四种异质结构型均为II型能带结构的间接带隙半导体，光致电子的供体和受体材料由二维In2Se3的极化方向决定。光吸收度在可见光区域高达25%，有利于太阳可见光的有效利用。双轴应变可诱导直接-间接带隙转变，外加电场能有效调控异质结构带隙，两种调控作用下异质结的能带始终保持II型结构。压缩应变作用下的异质结在波长较短的可见光区域表现出更优异的光吸收能力。这些研究结果揭示了Janus Ga2SeTe/In2Se3范德华异质结电子结构的调控机理，为新型光电器件的设计提供理论指导。
图1 四种堆叠构型(a)AA1、(b)AA2、(c)AB1、(d)AB2结构侧视图（上）及能带结构（下），其中绿色为Ga2SeTe的贡献，红色为In2Se3的贡献；(e)相应的布里渊区和高对称点；(f)Janus Ga2SeTe/In2Se3异质结俯视图。
2023-02-05：刘天宇同学的研究工作“First principles study on stacking-dependent electronic structure of CrI3/α-In2Se3 heterostructures”被Journal of Applied Physics接收发表。
在CrX3 (X = I, Br, Cl) 双层及其异质结中，将一层CrX3关于其Cr原子层镜像可能产生的堆垛序容易被忽略，使得这些堆垛序在异质结中的影响仍未被探明。我们构建了CrI3/α-In2Se3异质结中的保持平移对称性的全部8种稳定高对称堆垛序，使用第一性原理方法系统地研究了原子结构、磁性、电子结构对堆垛序与铁电极化方向的依赖性，特别是体系能量与磁性在正像与镜像堆垛序之间具有一定差异。体系能量与层间距、磁性以及能带结构的调控分别可由不同堆垛序中不同的原子层堆叠关系、不同堆垛序中CrI3原子结构的不同形变对磁交换相互作用的不同影响以及α-In2Se3的不同界面的不同真空能级对应的不同能带排列解释。我们的工作对理解此类铁磁/铁电异质结的材料性能及实际应用有一定的参考价值。
图1 (a)-(d)极化向上与(e)-(h)极化向下的CrI3/α-In2Se3异质结堆垛序的堆叠模式（上）与侧视图（下）；(i) CrI3/α-In2Se3异质结的俯视图与侧视图；(j)-(k) CrI3/α-In2Se3异质结的(a)-(d)与(e)-(h)堆垛序中总能量与层间距d的关系。堆叠模式展示了异质结堆垛序中上部五个原子层，从上到下是I(紫)-Cr(青)-I(紫)-Se(黄)-In(棕)。
2023-02-04：张德贺同学的研究工作“Combined piezoelectricity, valley splitting and Dzyaloshinskii-Moriya interaction in Janus GdXY (X, Y = Cl, Br, I) magnetic semiconductors”于Physical Chemistry Chemical Physics在线发表。
基于第一性原理计算，研究了单层2H-GdXY的几何结构、压电性、谷劈裂和DMI。研究发现，单层GdXY是一种具有较大的面内和面外压电系数、谷劈裂和强DMI的二维铁磁材料。由于2H-GdXY的面内极化，K-和K'-谷具有相反的Berry曲率。GdClBr的谷劈裂的大小可以通过应变有效地调节，从20到100 (meV)。单层GdClBr、GdClI、GdBrI的面内DMI系数d//分别为0.19、0.7、0.53 (meV)。单层GdClBr的海森堡交换系数J、单离子各向异性K和面内DMId//随压缩应变的增加而单调增加，这意味着居里温度的增加。通过构建微磁学模型，得到了单层GdClBr的无量纲参数κ，并具有很强的可调性从而操纵斯格明子。
图1 (a)单层GdClBr的能带和本征的谷劈裂，(b)反常谷霍尔效应的示意图。(c)单层GdClBr、GdClI、GdBrI的DMI系数d//分别为0.19、0.7、0.53 (meV)。(d)微磁学参数κ随着5%到-5%的双轴应变的变化。
2023-01-14：周文哲博士的研究工作“Orbital Contribution to the Regulation of the Spin-valley Coupling in Antiferromagnetic Monolayer MnPTe3”被Physical Review B 接收发表。
除了具有反转对称破缺的铁磁材料外，对称反铁磁材料还由于自旋-谷耦合而表现出本征谷分裂。使用第一性原理计算，我们研究了通过双轴应变调控反铁磁单层MnPTe3的谷分裂。结果表明，两种不同结构的MnPTe3单层都是稳定的反铁磁半导体，并且在K和K'之间表现出谷分裂。由于电子态轨道组成的变化以及两个子晶格原子的不同贡献，面内应变可以极大地调节自旋谷耦合强度。Mn原子的d轨道的比例决定了电子态的轨道角动量，不同子晶格的不同贡献导致了K和K'点处Berry曲率的变化。两个因素的结合导致谷分裂与dxz和dyz轨道比例的相同变化。这些结果对于设计具有较大谷裂的材料和理解其机理具有一定的意义。
图1 (a)应变调节价带顶和导带底K或K'点的Berry曲率。(b)跳跃参数t随平面内双轴应变的变化。具有不同的自旋分裂能量和自旋轨道耦合强度时价带顶(c)和导带底(d)处的谷分裂。有效哈密顿模型（有或无t）和第一性原理计算中获得的价带顶(e)和导带底(f)处的谷分裂之间的比较。
2023-01-14：课题组与北京大学张锦院士、国防科技大学王珊珊老师课题组的合作研究工作“Lateral and Vertical Morphology Engineering of Low-Symmetry, Weakly-Coupled 2D ReS2”被Advanced Functional Materials接收发表。
不同于石墨烯, h-BN, MoS2, WS2等高对称的二维材料，当前国内外对低对称二维材料的形态工程控制技术和微观机制的理解仍不全面。课题组与北京大学张锦院士、国防科技大学王珊珊老师课题组合作，对二维ReS2的生长机理和形貌控制进行了深入的研究。其中，理论工作由课题组李奥林博士承担，蒋俊杰和黄文强同学承担了部分实验工作。
基于第一性原理计算和微动弹性带（Nudged elastic band，NEB）方法，本工作分析了ReS2在蓝宝石的a面和c面以及SrTiO3 (STO) 的(001)面生长时前驱物沿不同方向的迁移势垒。通过与实验中获得的ReS2样品的形貌进行对比，揭示了衬底的对称性特征及反应物的迁移势垒是决定ReS2样品形貌的关键因素。此外，本工作对双层ReS2中多样的范德华堆叠模式进行了表征。通过第一性原理计算，发现双层ReS2的空间反演对称性破缺可引起自发的层间电极化使载流子分离，预期的光电转换效率可达20%以上。这些结果对理解二维ReS2的生长机制以及低对称二维材料的形貌工程具有重要意义。
图1 (a)单层ReS2分别在低温和高温生长条件下的能量变化示意图。(b-d)Re原子前驱体在STO（001）、c面蓝宝石和a面蓝宝石衬底上沿不同路径的扩散能垒。(e-g)不同生长温度下，ReS2畴的形状和空间取向与衬底对称性之间的关联示意图。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202210502
2022-12-14：郑贵博同学的研究工作“Magnetic Proximity Controlled Rashba and Valley Splittings in Mmonolayer Janus ZrNX/VTe2 (X = Br, I) Heterostructure” 于Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures在线发表。
基于第一性原理计算，研究了本征单层Janus 材料ZrNX (X=Br,I) 的晶体结构、稳定性、Rashba自旋劈裂、谷自旋劈裂以及贝里曲率。以ZrNBr/VTe2异质结为例研究了磁性衬底的磁近邻相互作用，系统地考虑了ZrNBr/VTe2异质结的所有堆垛方式，发现堆垛方式对谷劈裂有着很大的影响。垂直压缩应变会引起有效塞曼场强度增大进而导致谷劈裂增大。双轴应变可以有效调控Rashba常数，并且会产生一个螺旋带隙。
图1 (a) Janus ZrNBr单层考虑了SOC后的能带结构，蓝色和红色分别对应自旋向上和自旋向下。(b) Г点周围能带结构的放大视图。(c) Г点周围的自旋结构。箭头表示面内自旋矢量取向，颜色表示自旋的Sz分量大小。(d)Janus ZrNBr单层二维布里渊区的Berry曲率。(e)沿高对称点的Berry曲率。(f)Janus ZrNBr单层中的谷霍尔效应示意图。
2022-11-20：课题组欧阳方平老师和张德贺同学参加2022低维半导体材料与器件物理国际学术会议。
11月19日至20日，2022低维半导体材料与器件物理国际学术会议(2022 International Conference on Low-Dimensional Semiconductor Materials and Device Physics，LDSMD2022）在重庆隆重召开。本届LDSMD2022国际会议，大会主席为清华大学段文晖院士、北京计算科学研究中心魏苏淮教授。会议吸引了包括院士、杰青、长江等国家人才30余名；200余名来自亚洲、美洲、欧洲和大洋洲等10余个国家和地区的专家学者参与交流；线上累计参会人数超1000人。课题组欧阳方平老师代表中南大学和新疆大学做大会特邀报告，报告题目为“Design of new two-dimensional ferroic materials and study on the spin-spin/spin-orbit regulation”，并担任本次会议协办单位负责人与会场主持人；张德贺同学做了题目为“Coupling the valley splitting to ferroelectricity in two-dimensional magnetoelectric multiferroics”的学术报告，并获得最佳墙报奖。
2022-10-20：吴量同学的研究工作“Engineering Electronic Structures of Janus Monolayer Group-III Monochalcogenides via Biaxial Strain”于Physics Letters A在线发表。
基于第一性原理计算，研究了双轴应变和自旋轨道耦合对Janus单层III族单硫族化合物电子结构的影响。以Ga2SeTe为例，由于自旋轨道耦合和镜像对称性破坏，在导带底的Γ点出现Rashba型能带分裂，带隙显著减小，Rashba自旋分裂是各向异性的。双轴应变可以极大地调节自旋轨道耦合强度和电子结构，双轴应变源于pz轨道之间相互作用的变化。随着晶格常数的降低，pz轨道之间的相互作用增强，导致相应键（反键）态的能量减少（增加），这是间接带隙向直接带隙转变的原因。此外，当施加拉伸应变时，Te原子的pz轨道分量增加，导致Ga2SeTe的Rashba效应增强。这些结果对二维材料的能带工程和自旋轨道电子学具有重要意义。
图1 (a)单层Janus M2XY的俯视图和侧视图。(b)倒空间中的第一布里渊区和高对称点。(c)单胞能量随晶格常数的变化。(d，e，f)单层Janus Ga2SeTe的原子轨道投影能带。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.physleta.2022.128504
2022-10-11：祝贺张月和张德贺同学分别获2022年度校长创新奖和国家奖学金！
2019级博士生张月同学获2022年度校长创新奖。研究课题为电子结构可调的催化剂制备及其电催化性能研究：授权专利“一种基于化学气相沉积法制备二维CoS纳米片的方法”，提出了一种通过调控反应时氩气的流速实现不同厚度CoS纳米片的制备方法，为电子器件、能源等领域提供了一类新型二维材料；研究不同厚度CoS纳米片的电催化析氧性能，揭示了其厚度与电催化析氧活性间的构效关系，研究成果“Hexagonal Single-crystal CoS Nanosheets: Controllable Synthesis and Tunable Oxygen Evolution Performance”发表于自然指数期刊Inorganic Chemistry。
2020级硕士生张德贺同学获2022年度国家奖学金。研究课题为应变和掺杂对二维铁性材料磁性与谷劈裂的调控研究。张德贺同学关于“单层多铁材料CuMP2X6磁晶各向异性和谷劈裂的调控”的研究工作发表在物理学国际学术期刊Physical Review B，研究了应变、掺杂、电场对单层CuMP2X6磁晶各向异性和谷劈裂的影响及其物理机制。“原子替位掺杂对单层Janus WSeTe电子结构的影响”的研究工作发表在《物理学报》上，论文讨论了原子替位掺杂后单层WSeTe Rashba强度的变化，及磁性与谷劈裂的产生。
2022-09-29：蘧水仙同学的研究工作“Promoting Perpendicular Magnetic Anisotropy and Curie Temperature in Cr2Ge2Te6/PtTe2 Heterostructures”发表在Journal of Physics D: Applied Physics。
弱的磁晶各向异性是制约二维磁性材料室温应用的关键问题之一。本工作预测了Cr2Ge2Te6在范德华材料1T-PtTe2上产生的强垂直磁各向异性。蒙特卡洛模拟显示Cr2Ge2Te6的居里温度获得了200%的提升。与传统原子掺杂或应变调控相变，这种范德华堆叠策略更加便捷可控。虽然Cr2Ge2Te6/PtTe2异质结的居里温度仍远低于室温（90K），但本工作对二维磁性材料的性能调控以及异质结的设计提供了理论参考。
图1 (a)Cr2Ge2Te6/PtTe2 异质结的原子结构。(b, c)单层Cr2Ge2Te6和Cr2Ge2Te6/PtTe2异质结的原子分辨磁各向异性能。(d-f)单层Cr2Ge2Te6和Cr2Ge2Te6/PtTe2异质结的轨道分辨磁各向异性能。(g-i)Te原子p轨道的投影态密度。
论文链接：https://doi.org/10.1088/1361-6463/ac7f05
2022-09-18：蒋俊杰同学的研究工作“Identifying the Crystal Orientation of Epitaxially Grown MoO2 Nanoflakes on c-sapphire”发表在Applied Surface Science。
确定MoO2纳米晶体的晶体学方向并了解其生长机制对其在器件方面的应用非常重要。在此，我们研究了化学气相沉积法中前驱体浓度对MoO2纳米片相对于基材表面的取向的影响。X射线衍射、光学显微镜、（倾斜）扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜、选区电子衍射和角度分辨偏振拉曼光谱被用来确定纳米片的晶体取向以及它们与c面蓝宝石衬底的外延关系。对于水平生长纳米片，其与衬底的外延关系为MoO2(010)∥sapphire(0001)和MoO2 <001>//sapphire<1-100>，而垂直生长纳米片为MoO2(100)∥sapphire(0001)和MoO2 <001>∥sapphire<1-100>。提出了初步的原子外延模型来解释生长取向与排列。此外，角分辨偏振拉曼光谱是一种快速和非破坏性的方法来识别纳米片的晶体学方向。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.154983
2022-07-22：祝贺周文哲博士获中国博士后科学基金特别资助(站前，2022TQ0379)！
项目针对二维铁性材料研究中的关键科学问题，拟基于第一性原理模拟与材料设计方法，研究二维铁性材料中的自旋/能谷极化；讨论应变、外场、层间堆叠等因素对多种耦合作用的调控机理；构建基于二维铁性材料的器件结构，探索自旋/能谷的输运过程及其调控手段。
2022-07-16：吴首健同学的研究工作“Electronic Structure and Magnetic Properties of 3d Transition Metal Doped Monolayer RhI3”发表在Chemical Physics Letters。
近年来，二维磁性半导体材料CrI3和Cr2Ge2Te6吸引了大量研究者的关注。然而，低稳定性和低居里温度特性限制了它们在自旋电子器件领域的应用。实验上最近合成了高稳定性的二维半导体材料RhI3，基于第一性原理计算，我们研究了3d过渡金属原子掺杂单层RhI3的电子结构和磁性。结果表明，3d过渡金属原子能有效的调控单层RhI3的电子结构和磁性。例如，Sc和Co原子掺杂体系为非磁性半导体，Ni原子掺杂体系为半金属性，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Cu，Zn原子掺杂体系则为磁性半导体材料。不同3d过渡金属原子掺杂后，体系性质的差异可以从晶体场劈裂理论和3d过渡金属原子的强相互作用来理解。研究工作表明3d过渡金属原子掺杂单层RhI3是一种新型的稀磁半导体。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cplett.2022.139643
2022-07-12：姜楠同学的研究工作“应变诱导单层NbSi2N4材料磁转变的第一性原理研究”发表在《物理学报》。
二维材料磁性的有效调控是国内外的前沿研究领域。本工作基于密度泛函理论研究了双轴拉伸应变对单层NbSi2N4磁性的影响。声子谱和分子动力学的计算结果证明了单层NbSi2N4结构具有良好的动力学与热力学稳定性。研究发现0%应变时单层NbSi2N4为无磁金属，1.5%的双轴拉伸应变可使其转变为铁磁金属。对单层NbSi2N4材料电子结构的分析表明拉伸应变诱导的铁磁性具有巡游电子起源。
图1（a）单层NbSi2N4的俯视图(左)和侧视图(右)，自旋密度分布用黄色表示；(b)单层 NbSi2N4 的声子谱图；(c)温度 300 K，时长 10 ps 的分子动力学模拟下, 系统总能量的变化；(d)单层NbSi2N4反铁磁态和铁磁态与无磁态间能量差随应变变化；(e)单层NbSi2N4磁矩随应变变化；(f)MAE 随应变变化；(g)不同应变下，Nb 原子轨道磁矩与自旋磁矩对 MAE 的贡献。
论文链接：https://doi.org/10.7498/aps.71.20220939
2022-07-01：课题组与电子科技大学太惠玲教授课题组的合作研究工作“Edge-enriched Mo2TiC2Tx/MoS2 Heterostructure with Coupling Interface for Selectively NO2 Monitoring”发表在Advanced Functional Materials。
过渡金属碳化物/氮化物（MXenes）具有良好的导电性和可控的结构，在气体传感器中的潜在应用引起了广泛关注，但MXene（以碳化钛为代表）的长期挑战是其有限的选择性和灵敏度。在此，介绍了一种具有超强表面NO2吸附能力（3.12 eV）的高活性双过渡金属碳化钛钼（Mo2TiC2Tx）。进一步与二硫化钼（MoS2）耦合，通过界面调制以构建边缘富集的异质结构。由于Mo2TiC2Tx/MoS2复合材料的强吸附、丰富吸附位点和耦合界面的协同作用，制备的Mo2TiC2Tx/MoS2气体传感器对NO2具有出色的响应，对各种干扰气体具有高选择性，这得到了密度泛函理论计算的很好支持。同时，传感器的灵敏度为7.36% ppm-1、检测限2.5 ppb和室温下可逆。提出一种基于Mo2TiC2Tx/MoS2气体传感器的便携式无线NO2监测系统，用于气体泄漏搜索和危险报警。这项工作促进了MXenes的气体传感应用，并为环境监测和安全保障中无线传感系统的发展提供了一条途径。本课题组承担了理论研究工作，计算了Mo2TiC2Tx、MoS2、Mo2TiC2Tx/MoS2对NO2、CO2、NO、NH3等气体分子的吸附性质，验证了实验的结论。
【该文章为封面文章和高被引论文】
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202203528
2022-06-22：课题组与北京大学张锦院士、国防科技大学王珊珊老师课题组的合作研究工作“Structural Evolution of Atomically Thin 1T’-MoTe2 Alloyed in Chalcogen Atmosphere ”发表在Small Structures。
合金化被广泛应用于二维材料的物性调控。本工作采用化学沉积法生长了尺寸达100mm的原子级厚度1T'-MoTe2材料，并通过对反应气氛的控制实现了MoS2xTe2(1-x)的合金材料。结合像差校正环形暗场扫描透射电子显微镜（ADF-STEM）的实验观测和第一性原理计算，研究工作揭示了MoS2xTe2(1-x)合金材料1T¢-2H 结构演变的规律与物理机制，为二维合金的可控生长和物相调控提供了参考。
图1 (a, b)在250°C下单层1T'-MoTe2与S合金化前后的光学图像。(c)硫化单层MoTe2的拉曼光谱。(d)单层硫化MoTe2的ADF-STEM图像。(e, f)合金化前后单层MoTe2 1T¢-2H结构演变的第一性原理计算结果。
论文链接：https://doi.org/10.1002/sstr.202200025
2022-05-21：祝贺李奥林、周文哲同学顺利通过博士学位论文答辩！
李奥林同学围绕“二维范德华磁性材料与异质结的第一性原理设计”研究课题，进行了系列研究工作，取得优异的成绩。发表SCI论文共13篇，其中第一作者学术论文7篇，主持完成研究生科研创新项目2项。李奥林博士将任职于新疆大学。
周文哲同学围绕“Janus 二维材料的电子结构及其自旋-轨道耦合研究”研究课题，进行了系列研究工作，取得优异的成绩。发表SCI论文共22篇，其中第一作者8篇，自然指数期刊5篇（4篇PRB，1篇JPCL）。完成研究生科研创新项目2项，曾获“中南大学优秀学生”。周文哲博士将进入中南大学物理学博士后流动站从事研究工作。
2022-05-21：祝贺徐韬、吴量、石鸿翔同学顺利通过硕士学位论文答辩！
徐韬、吴量、石鸿翔同学的硕士学位论文题目分别是“金纳米片及复合结构的水热法制备及表面增强拉曼散射研究”、“Janus二维硫化物及其异质结的电子结构与光学性质理论研究”和“二硒化钯及其异质结的光电特性研究”。
徐韬同学入职中南大学科研助理岗位、吴量同学进入飞腾信息技术有限公司(长沙)、石鸿翔同学进入中国电信股份有限公司湖南省分公司。祝同学们工作顺利，前程似锦！
2022-05-05：张月同学的研究工作“Hexagonal Single-crystal CoS Nanosheets: Controllable Synthesis and Tunable Oxygen Evolution Performance”发表在Inorganic Chemistry。
钴基硫化物具有可调节的价态和独特的物理化学性质，其具有作为电化学水分解析氧反应(OER)催化剂的巨大潜力。然而，较差的形貌特征和较小的比表面积限制了其进一步的应用。研究工作采用常压化学气相沉积法成功制备了不同厚度的六方单晶二维(2D) CoS纳米片。得利于二维结构的优势，最薄的5 nm CoS纳米片(CoS-5)可暴露更多的催化活性位点、具有更好的反应物吸附能力、加速的电子转移和增强的电导率，这些都将显著提高OER性能。电化学测试表明，在碱性溶液中，CoS-5在10 mA cm-2处的过电位为290 mV，Tafel斜率为65.6 mV dec-1，优于其他厚度的CoS、块状CoS和RuO2。在机理研究方面，CoS-5获得了最低的电荷转移电阻(Rct)和最高的双层电容(Cdl)，表明了其更快的OER动力学和更大的活性面积。 密度泛函理论计算进一步揭示，更薄的CoS纳米片在费米能级附近的态密度更大，H2O分子吸附能更高，提高了其本征催化活性。此外，以CoS-5为阳极、Pt/C为阴极的双电极体系，在水分解反应中，仅需要1.56 V就能达到10 mA cm-2。本研究工作将为厚度与催化性能间的构效关系的研究提供一个全新的视角，为电子和能源器件的研究提供一种新材料。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.2c00734
2022-02-16：课题组与湖南大学刘松课题组的合作研究工作“Direct Growth of Magnetic Non-van der Waals Cr2X3(X = S, Se, and Te) on SiO2/Si Substrates through the Promotion of KOH”发表在Chemistry of Materials。
由于二维磁性材料具有独特的二维限制性磁特性，可用于构建多功能电子和自旋电子器件。然而，一些磁性材料是非范德瓦尔斯材料，而在化学气相沉积（CVD）中使用的基底通常是范德瓦尔斯基底，如云母。这种基底会导致转移问题，增加器件构筑或磁性测量的复杂性。进一步优化目前的生产工艺以实现良好的可重复性和简单的制造是有意义的。在SiO2/Si上生长的材料可以直接制作电子器件和测量磁性。在此，我们使用KOH来修饰SiO2/Si基底，并通过CVD方法成功地将Cr2X3（X=S、Se和Te）直接生长在SiO2/Si表面。OH-附着在SiO2/Si的表面，将抑制了薄层Cr2X3沿[001]晶轴方向的生长。通过密度函数理论计算，验证了通过引入OH-可以增大Cr2S3和SiO2/Si异质结构的形成能，这有将有利于Cr2X3在SiO2/Si表面的生长。同时，我们还实现了Cr2S3和Cr2Se3的尺寸和厚度的控制。这三种材料在SiO2/Si上生长的最薄厚度可以接近1个晶胞。Cr2S3、Cr2Se3和Cr2Te3纳米片分别表现出铁磁、自旋玻璃和铁磁行为。这项工作可以为SiO2/Si上非范德瓦尔斯二维材料的生长提供一种新的方法，对自旋电子器件的制造具有重要意义。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c04246
2022-02-15：李奥林同学的研究工作“Metal-to-Semiconductor Transition in van der Waals Spin Valves based on Buckled Honeycomb”发表在Journal of Magnetism and Magnetic Materials。
巨磁阻效应的发现使硬盘容量数百倍乃至数千倍的提升，极大推动了信息技术产业的变革。将二维材料应用于信息存储，可进一步提升存储密度。本工作利用具有扣状蜂窝结构的二维非磁性材料作为中间层，提出了一类新型的二维范德华自旋阀模型，通过层间磁序转变引起的Slater相变，可实现异质结金属-半导体转变的非易失性可逆控制，产生巨磁阻效应。通过第一性原理计算结合微扰分析，我们提出了7种实际的异质结构，并解释了金属-半导体转变的微观物理机制，指出铁磁层与非磁层间的强磁近邻效应是实现这类异质结的关键。
图1 层间磁序控制异质结金属-半导体转变原理图(a)CrI3/Ge/CrI3范德华异质结模型图。(b)当层间为铁磁序时，磁近邻效应在锗烯层中引起的Zeenman劈裂。(c)铁磁序下锗烯的能带结构示意图。(d)当层间为反铁磁序时，磁近邻效应在锗烯层中引起的Zeenman劈裂。(e)反铁磁序下锗烯的能带结构示意图。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2021.168706
2022-02-15：唐艺熙同学的研究工作“First-principle Studies on the Metal/semiconductor Properties and Strain-tuned Electronic Structures of SnP3 Monolayer”发表在Computational Materials Science。
利用第一原理计算，我们发现了单层SnP3的几种能量稳定结构，其中包括金属（M−SnP3）和半导体（S-SnP3）。M-SnP3和S-SnP3之间的结构差异位于键角，这是SnP3从块状到单层金属-半导体转变的原因。当双向应变从−5%到5%，键角增加，导致pz（px）轨道杂化减弱（增强），相应键态能量增加（减少）。虽然双轴应变为6%或−6%不会将单层SnP3的结构从S-SnP3改变为M−SnP3，足够大的压缩应变会使半导体SnP3的带隙闭合。单轴拉伸应变具有相同的效应，但在费米能级附近的带上表现出各向异性行为。GeP3和GeSnP6的情况类似，它们具有相同的价电子。通过对结构特征和原子轨道组成的研究，这项工作揭示了应变调谐能带结构和金属-半导体特性的机理，这对二维材料的能带工程很有用。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2021.111047
2022-02-08：张德贺同学的研究工作“Tuning Valley Splittings and Magnetic Anisotropy of Multiferroic CuMP2X6 (M = Cr, V; X=S, Se) Monolayer”发表在Physical Review B。
单层CuMP2X6 (M = Cr, V;X = S, Se)由于Cr (V)原子间间接交换相互作用而产生的铁磁性和铜原子的自发位移产生的铁电性而受到越来越多的关注。利用第一性原理计算，我们预测了本征的单层CuMP2X6的谷劈裂和反常谷霍尔效应。此外，谷分裂和Berry曲率与平面外铁电极化方向无关，它是一种具有铁电极化和铁谷双自由度的极具前景的存储材料。由于自旋相关的价带最大值(VBM)的能量和轨道组成的变化，在VBM处山谷劈裂的大小可由双轴应变和外部电场有效调节。通过应变和电荷掺杂可以改变d轨道的能量和态密度可以获得较大的OOP磁各向异性。随着拉伸双轴应变从−5%增加到5%，CuMP2X6的各向异性增大。我们的研究结果希望能够调整CuMP2X6的谷分裂和磁各向异性，并帮助理解其物理性质机制。
图1 (a)单层CuMP2X6晶体结构俯视图和(b)侧视图(M = Cr, V;X = S, Se)。(c) 单层CuMP2X6的费米能级依赖性异常霍尔电导率σxy。两条垂直虚线表示两个谷极值的能量。两条虚线之间插入的图是电导率。(d) 单层CuMP2X6的AVHE原理图，黑色箭头表示磁矩的方向。(e)导带底(上)和价带顶(下)的能带结构(左)和放大图(右)。Kc和Kv分别为CBM和VBM处的谷劈裂。(f) 单层CuMP2X6二维布里渊区的Berry曲率。
论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.085408
2022-01-08：祝贺吴首键、吴迪同学顺利通过博士学位论文答辩！
吴首键同学的博士学位论文题目为“低维材料电子结构和磁性调控的第一性原理研究”。该工作研究了二维单层磁性材料CrI3、RhI3的磁性与居里温度调控、β12-borophene/1T-VS2垂直异质及β12-硼烯卷曲成纳米管的电子输运性质。发表了4篇物理学SCI学术论文。目前吴首键博士任职于湖南城市学院。
吴迪同学的博士学位论文“低维钼基半导体材料及其异质结的制备与光电性质研究”通过物理气相沉积(PVD)与化学气相沉积(CVD)方法制备得到高质量的MoO3、MoS2 和MoSe2一维带和二维纳米片，并研究了此类钼基半导体材料的异质结生长机理、光电性质与紫外光电探测器件。在Appl. Phys.Lett., Adv. Sci.等期刊发表学术论文5篇。主持1项校级研究生科研项目，曾获2019年研究生国家奖学金。
