应变对 Janus 单层 VSiGeN4 拓扑与谷性质的影响

应变是调控二维 (2D) 材料电子性质的有效方法，并可诱导新奇的相变。近来，2D $\mathrm{MA_2Z_4}$ 族材料因其涌现的拓扑、磁性与超导性质而备受关注。此处，我们研究了作为 $\mathrm{VSi_2N_4}$ 或 $\mathrm{VGe_2N_4}$ 衍生物的 Janus 单层 $\mathrm{VSiGeN_4}$ 的应变效应 ($a/a_0$:0.96$\sim$1.04)，该材料具有动力学、力学和热稳定性。对于面外磁各向异性，随着应变增大，$\mathrm{VSiGeN_4}$ 经历铁谷半导体 (FVS)、半谷金属 (HVM)、谷极化量子反常霍尔绝缘体 (VQAHI)、HVM 与 FVS 之间的转变。这意味着两次拓扑相变，其与 K 或 -K 谷处 $d_{xy}$+$d_{x^2-y^2}$ 和 $d_{z^2}$ 轨道之间符号可逆的 Berry 曲率及能带反转有关。能带反转也导致价带与导带间谷分裂强度的转变。然而，对于面内磁各向异性，在所考虑应变范围内不存在特殊的量子反常霍尔 (QAH) 态与谷极化。实际磁各向异性能 (MAE) 显示单层 $\mathrm{VSiGeN_4}$ 中无特殊 QAH 与 HVM 态。幸运的是，这些可通过外磁场轻易实现，其将 $\mathrm{VSiGeN_4}$ 的易磁化轴由面内调整为面外。我们的发现揭示了如何利用应变来调控 $\mathrm{VSiGeN_4}$ 的电子态，这可能为谷电子学与自旋电子学中的多功能量子器件开辟新视角。