三硫化钛单层：一种具有高且各向异性载流子迁移率的新直接带隙半导体

一种新型二维(2D)层状材料，即三硫化钛(TiS$_3$)单层薄片，被预测具有适用于纳米电子学应用的理想电子性质。基于密度泛函理论和形变理论框架内的第一性原理计算，我们表明TiS$_3$二维晶体是一种直接带隙半导体，带隙为1.06 eV且载流子迁移率高。更为显著的是，二维TiS$_3$的面内电子迁移率具有高度各向异性，在\emph{b}方向上达到$\sim$10,000 cm$^2$V$^{-1}$s$^{-1}$，高于MoS$_2$单层。同时，空穴迁移率约低两个数量级。我们还发现块体TiS$_3$的解理能低于石墨，表明TiS$_3$单层或多层被剥离的可能性很高。通过声子谱计算和\emph{NPT}系综下的玻恩-奥本海默分子动力学模拟，检验了TiS$_3$单层的动力学和热稳定性。所预测的新颖电子性质使TiS$_3$单层成为一种引人注目的二维材料，可用于未来纳米电子学。