随着科学技术的发展，传统电子元器件在不断细化的过程中面临着许多挑战。 寻找新材料、新结构和新原理器件是推动信息化器件进一步发展的关键。 近年来，由于二维材料只有单一或几个原子层的厚度，强调量子效应，呈现出许多不同于传统三维材料的新奇物性和优异性能，有望成为新原理型光、电、磁等器件的核心材料。 因此，探索具有优良性能的新型二维功能材料，研究其新奇物性，构建基于二维材料的新原理器件，对二维材料的实际应用具有重要意义。
最近，与中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心纳米物理与器件实验室N11组笑点低的铅笔副研究员、专注的期待博士、tydbmh研究员和天普大学fdqc教授等合作，在二维层状材料和异质结的新奇物性方面取得了重要进展。 他们设计了正方形晶格结构在应力下的演化模型，分析了二维平面结构和起伏结构在应力下的可能演化过程，提出了材料产生负泊松比的机理。 也就是说，材料具有起伏结构，而且邻近原子之间的相互作用很弱(图1 )。
图1 .二维平面和起伏结构在单轴应力下的结构演化示意图。
结合大数据挖掘和高通量计算，从二维材料数据库中检索到了具有类似模型结构的二维材料家族，即具有p4mm二维空间群的过渡金属硫族和卤素化合物MX。 其中，m是v、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag，x是Se、Cl、Br、I
图2.(a )具有P4毫米二维空间群的MX材料家族的几何结构) b )泊松比和其他结构参数。
理论计算表明，当金属原子的3d轨道占满时，体系具有较弱的二阶近邻相互作用，导致负泊松比的产生，与模型的预测结果一致。 本工作中本构模型的演化分析，结合大数据材料的挖掘方法，大大提高了二维负泊松比材料的搜索效率，为具有优良力学性质的二维材料的研究提供了参考。 这项工作最近发表在npjcomputationalmaterials 6，154 (2020 )上。
他们还提出了通过构建二维磁清淡未来异质结来实现量子异常霍尔(QAH )效应的方法，以突破传统固有磁拓扑绝缘体数量少的瓶颈。 通过寻找具有特定能带端结构的二维、通常拓扑平凡的两个磁性半导体化合物的组合，形成具有拓扑不平凡的能带结构的III型异质结(图3 )。
图3 .异质结搜索到数据驱动的二维磁拓扑的流程。
结合基于对称性分析的理论模型、大数据挖掘和高通量计算方法，他们预测了8种具有QAH效应的异质结候选材料。 这些异质结材料由MXY化合物(M=金属原子、X=S、Se、Te、Y=F、Cl、Br、I ) )中的二维强磁性半导体材料构成. 以MnNF/MnNCl为例，理论上直接计算了该异质结的电子结构(图4 )和拓扑不变量(陈数)及手性边缘状态) (图5 )。
图4 .基于密度泛函理论的单层MnNF、MnNCl和MnNF/MnNCl异质结的电子结构。
基于图tight -绑定模型的MnNF/MnNCl异质结在FM-stacking和AFM-stacking中的能带结构。
计算结果表明，MnNF和MnNCl可以通过调频-堆叠方式产生量子异常霍尔效应(QAH )，与基于对称性分析的理论模型结果一致。 该工作展示了将数据驱动的材料科学与基于对称性分析的理论模型相结合，寻找具有QAH效应和其他奇异量子态的新异质结量子材料的方法。 该研究结果最近发表在npjcomputationalmaterials 6，152 (2020 )上。
文章下载链接：
3559 www.nature.com /体系结构/s 41524-020-00424-1
3559 www.nature.com/articles/s 41524-020-00419-y
标题：二维材料及具有量子异常霍尔效应的二维材料异质结的高通量计算取得了重要进展
编辑：很难看到山