在柔性的V?Se?O层状反铁磁体中观察到较大的自旋塞贝克效应

《Materials Science in Semiconductor Processing》：Large spin Seebeck effect in flexible V 2Se 2O layered altermagnet

二维V2Se2O材料具有直接带隙（0.68 eV单层/0.72 eV双层）、显著自旋能带分裂（1.14 eV单层/1.04 eV双层）和高奈尔温度（600 K单层/595 K双层），通过第一性原理计算验证其自旋依赖热电输运特性，发现单层/双层有效自旋塞贝克系数达1.04/1.16 mV/K，远超传统材料，并兼具机械柔韧性，适用于柔性自旋电子设备。

　　V?Se?O作为一种新型的二维材料，近年来在能量高效自旋电子学和自旋热电学领域展现出巨大的应用潜力。这类材料的独特之处在于其对称性破缺特性以及固有的自旋分裂电子能带结构，使其在自旋相关物理现象中表现出显著的优势。本研究通过基于玻尔兹曼输运理论的第一性原理计算，系统地探讨了V?Se?O层状结构的自旋依赖热电输运特性，为开发新型自旋热电器件提供了重要的理论依据。

V?Se?O在单层和双层结构中均表现出直接带隙半导体的特性，其单层带隙为0.68电子伏特，双层为0.72电子伏特。这种半导体特性使得其在电子器件中具有潜在的应用价值。此外，该材料在单层和双层结构中分别表现出1.14电子伏特和1.04电子伏特的显著内在自旋分裂，这一特性表明其在自旋输运过程中具有较高的效率。自旋分裂是自旋电子学中一个关键因素，它影响着材料对自旋流的响应能力，从而决定了其在自旋相关器件中的表现。

除了电子和磁性特性，V?Se?O还展现出优异的磁稳定性，其单层和双层结构的奈尔温度分别达到600K和595K。奈尔温度是衡量材料磁性稳定性的重要指标，较高的奈尔温度意味着材料在更宽的温度范围内能够维持其磁序，这对于实际应用中的环境适应性至关重要。V?Se?O的高奈尔温度表明其在高温条件下依然能够保持稳定的自旋有序状态，这使其在需要耐高温性能的自旋电子器件中具有重要优势。

在自旋热电学领域，V?Se?O表现出显著的自旋热电系数，单层和双层结构的值分别为1.04 mV/K和1.16 mV/K。这些数值超过了传统块体材料和二维磁性或非磁性系统的报道值，显示出其在自旋热电器件中的卓越性能。自旋热电效应是自旋热电学研究的核心，它描述了在温度梯度下，材料内部自旋流的产生。较高的自旋热电系数意味着材料能够更有效地将热能转化为自旋流，这对于开发高效率的自旋热电器件具有重要意义。

值得注意的是，V?Se?O不仅在自旋热电方面表现出色，还具备良好的机械柔韧性。其低平面刚度和适中的横向应变阻力表明该材料在物理弯曲或拉伸条件下能够保持结构的完整性。这一特性对于柔性电子设备的开发尤为重要，因为传统材料在机械变形时往往容易发生结构破坏，影响其性能。V?Se?O的机械柔韧性使其能够适应复杂的器件结构，为柔性自旋电子和自旋热电器件的设计提供了新的可能性。

V?Se?O的这些特性——高自旋热电系数、良好的磁稳定性和优异的机械性能——使其成为未来可持续能源采集和信息处理技术的理想平台。在自旋电子学中，自旋热电效应的利用可以显著提高能量转换效率，同时减少对传统磁性材料的依赖，从而降低器件的能耗。此外，由于V?Se?O具有零净磁化特性，其对外部磁场的敏感度较低，这有助于减少磁干扰，提高器件的稳定性和可靠性。

在实验研究中，V?Se?O的自旋热电效应已经被验证。例如，在单层V?SeTeO中，Abdullah等人发现其具有显著的方向性自旋热电效应，进一步证明了V?Se?O及其类似材料在自旋热电器件中的潜力。此外，Cui等人提出的Cr?Te(Se)?O单层结构，因其在反铁磁自旋波传输中的优异表现，被视为自旋热电学研究的重要候选材料。这些实验成果与本研究的理论分析相辅相成，共同推动了自旋热电学领域的发展。

在理论研究方面，本研究采用第一性原理计算方法，结合玻尔兹曼输运理论，系统地分析了V?Se?O在自旋依赖热电输运中的表现。通过计算，我们发现V?Se?O的自旋热电系数不仅高于传统材料，而且在室温条件下表现出良好的自旋热电性能。这一发现对于自旋热电器件的设计和优化具有重要指导意义，因为它表明V?Se?O能够在实际应用中维持高效的自旋热电转换能力。

此外，本研究还探讨了V?Se?O的机械性能，这对于其在柔性器件中的应用至关重要。通过计算，我们发现该材料在受到外部应力时能够保持结构的稳定性，同时表现出较低的平面刚度。这种特性使得V?Se?O在柔性电子设备中具有显著优势，因为它能够在不破坏结构的前提下承受一定程度的形变。这一发现为开发新型柔性自旋电子和自旋热电器件提供了理论支持。

综上所述，V?Se?O作为一种二维自旋热电材料，其独特的自旋分裂特性、高磁稳定性和良好的机械性能，使其在自旋电子学和自旋热电学领域具有广泛的应用前景。未来的研究可以进一步探索其在不同环境条件下的性能表现，以及如何通过材料设计和工程优化来提升其在实际器件中的效率。V?Se?O的研究不仅有助于推动自旋热电学理论的发展，还可能为下一代高效、低功耗的自旋电子和自旋热电器件提供新的解决方案。