二维Janus硅硫族化合物:第一性原理研究

二维(2D)材料中的强结构不对称性正被积极探究,因其可引发许多有趣的物理性质。受近期单层$\mathrm{Si_2Te_2}$合成的启发,我们探索了一类称为Janus硅硫族化合物(JSD)的二维材料家族,其平行于Janus过渡金属硫族化合物并表现出更强的反演不对称性。利用第一性原理计算,我们证明了这些材料的优异稳定性。我们表明,其强结构不对称性导致了显著的内禀极化场、由自旋轨道耦合引起的可观自旋分裂以及大的压电响应。该自旋分裂包含面外分量,超出了线性Rashba模型。压电张量在面内$d_{11}$系数与面外$d_{31}$系数上均具有大值,使单层JSD在现有二维压电材料中独具特色。此外,我们发现了这些材料中有趣的应变诱导相变。特别地,导带中存在多个竞争导带最小值的能谷,这将导致应变下光学与输运性质的显著变化。我们的工作揭示了一类新的硅基二维材料家族,其在自旋电子与压电器件中具有广阔应用前景。