预测具有Rashba自旋分裂与高电子迁移率的七原子层Janus $\mathrm{MSiGeN_4}$（M=Mo和W）单层

Janus二维（2D）材料因具有由面外不对称性引起的独特性质而备受关注，这些性质已在众多二维族中实现。本工作中，通过第一性原理计算在新的二维$\mathrm{MA_2Z_4}$族中预测了Janus单层，其中$\mathrm{MoSi_2N_4}$与$\mathrm{WSi_2N_4}$已在实验中合成（\textcolor[rgb]{0.00,0.00,1.00}{Science 369, 670-674 (2020)}）。所预测的$\mathrm{MSiGeN_4}$（M=Mo和W）单层表现出动力学、热力学与力学稳定性，且为间接带隙半导体。自旋轨道耦合（SOC）的引入产生了Rashba型自旋分裂，该分裂出现于价带中，不同于常见的导带。计算结果显示由于SOC与反演对称性破缺，导带边缘存在谷极化。研究发现$\mathrm{MSiGeN_4}$（M=Mo和W）单层具有高电子迁移率。当施加面内单轴应变时，可观察到面内及极弱面外压电极化。Janus $\mathrm{MSiGeN_4}$（M=Mo和W）单层的压电应变系数$d_{11}$值正如预期介于$\mathrm{MSi_2N_4}$（M=Mo和W）与$\mathrm{MGe_2N_4}$（M=Mo和W）单层之间。证明应变可调控价带顶（VBM）与导带底（CBM）的位置，并增强由压缩应变引起的导带收敛强度。还发现双轴拉伸应变可增强$\mathrm{MSiGeN_4}$（M=Mo和W）单层的$d_{11}$，而压缩应变可改善$d_{31}$（绝对值）。