单层MX二维材料的能带结构和一般光学自旋性质

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单层MX二维材料的能带结构和一般光学自旋性质

蕞近人们的发现涉及某些材料的层依赖的电子，光学和磁性已在相关文献中报道，这些性质表明单硫属化合物与tmd不同，因此突出了它们在未来光学、电子和基于自旋的器件中的潜力。

单层MX (M = Ga或In, X = Se, S, Te)的晶体结构是由四个共价键原子(X - M - M - X)形成的，它们通过面内镜面反射对称形成上下亚层。这两个亚层被相邻的金属原子紧紧地结合在一起，从而形成了一个屈曲的蜂窝晶格(图1a）。第1个布里渊带的描述如图1c所示，图中显示了距离原点等距离的三种不同类型的带中心状态。这些也可以用图1d中的近自由电子带结构和相应的对称群来说明。

图1

如图1中所示，(a)是含有金属和硫族原子的III-VI单硫族化合物的三维单晶胞图，(b)是同一单晶胞的二维单晶胞图。倒易点阵点和约简brilion区如图(c)所示。(d)显示了沿K-Γ-M的近自由电子带结构，并标记了Γ点群的不可约表示。

图2.GaS (a)、GaSe (b)、GaTe (c)、InS (d)、InSe (e)、InTe (f)的单层能带结构。

零点处虚线表示费米能级。

第1个主要带结构研究表明，单层GaS、GaSe、GaTe、InS、InSe和InTe的带隙在2.0 - 3.3 eV之间(图2)。在单分子层极限下，III-VI单硫族化合物具有准间接带隙，主要价带呈火山口形状。这种形状导致价带蕞大值与Γ点略有偏离。进一步的复杂性可以通过考虑SOC效应的扰动来获得，这在GaSe和InSe中已经得到了广泛的研究。原子荷电性导致自旋态分裂和能带混合，而晶体对称性产生的荷电性会导致额外的自旋分裂并影响自旋弛豫。

当考虑N(层数)大于时，这些系统的复杂性会加深。层序和层数可以改变带隙，改变初级价带形状，诱导铁电，调节自旋弛豫。其他效应，如铁磁性，预测由于广泛的空穴掺杂。总的来说，III-VI单硫属化合物的带结构引起的光自旋现象是有趣的，还有很多细节有待人们去探索。

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