SCMs|单层半导体性γ相第四主族单硫化合物中的拓扑缺陷及其诱导的金属性

γ相第四主族单硫化合物（γ-MX）是理论预测出的一种全新的具有半导体特性的稳定结构。最近，人们通过化学气相沉积法成功合成了相关材料，但样品却表现出金属性。生长过程引入的拓扑缺陷无处不在，可能会对材料电子行为带来重要影响。但是，关于这些拓扑缺陷的结构和性质的研究仍未开展。

近日，清华大学邹小龙副教授等人在Science China Materials发表研究论文，以γ相GeSe为例，通过第一性原理计算系统研究了其位错核和晶界的结构、热力学和电子性质。

本文要点：

1) 不同的原子排布方式可以形成多样的衍生位错核，基于最低能量的位错核，研究了晶界结构随着倾斜角的变化，并特别构建了全部可能的60°孪生晶界，发现它们具有独特的六边形结构或Ge-Ge键。

2) 进一步地，针对能量最低的21.8°和60°晶界的电子结构分析发现，大多数晶界体态和缺陷态之间具有共振作用，这使得体系表现出金属性质；而某些结构则仍表现半导体性，但带隙显著减小。

3) 这些电子性质在其他γ-MX中也普遍存在，不同晶界的扫描隧道显微镜图像展现出特征性图案，可以作为表征它们的手段。

本研究表明，应对γ-MX中具有多样性质的拓扑缺陷进行有目的的设计以促进其潜在应用。

文章信息

Zeng S., Zou X. Topological defects and their induced metallicity in monolayer semiconducting γ-phase group IV monochalcogenides. Sci. China Mater. (2022).

https://doi.org/10.1007/s40843-022-2221-y

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