单层VSiGeN4的结构调控与外电场效应对其电子与磁性的影响研究

《Materials Science and Engineering: R: Reports》：Impact of the structural variations and external electric field on the structural, electronic, and magnetic properties of monolayer VSiGeN4

本文通过第一性原理计算与蒙特卡洛模拟，系统研究了单层VSiGeN4六种构型的结构稳定性、电子特性与磁性能。研究发现α1和α2构型具有动态稳定性，展现直接带隙（0.28/0.21 eV）、高居里温度（TC：400-525 K）及显著磁各向异性（MAE）。外电场可有效调控其电子结构，表明该材料在高性能自旋电子器件中具有广阔应用前景。

　　

理论框架

本研究结合第一性原理与蒙特卡洛（MC）模拟方法，探究外场作用下VSiGeN₄单层的结构、电子与磁性质。电子结构计算基于密度泛函理论（DFT），外电场E_z以垂直平面方向的线性势V_ext(z) = -eE_zz形式引入。

结构与稳定性

通过分析六种α_i晶体构型（i=1-6），根据V、Si、Ge原子相对位置将其分为A（α₁, α₂）、B（α₃, α₄）和C（α₅, α₆）三类。α₃可通过平移α₂的SiGeN₂双层结构（沿图1俯视中绿色方向）获得。

结论

研究证实七层状VSiGeN₄在二维自旋电子学领域潜力显著。两种稳定构型（α₁, α₂）兼具结构稳定性、直接带隙半导体特性与强磁性，为电控高性能自旋器件设计提供了新材料平台。