近日，材料基因院/理学院物理系的任伟教授和Jeffrey Reimers教授联合在国际著名期刊《NanoLetters》上发表题为“Giant carrier mobility in a room temperature ferromagnetic VSi2N4monolayer”的研究论文。
载流子迁移率是半导体的最重要特性之一，高迁移率材料中的载流子可以快速响应外界电场的变化，适用于有高频响应和高充放电速率需求的电子器件。随着器件工艺发展进入后摩尔阶段，二维磁性材料为电子器件提供了实现小型化、高集成度和低功耗化目标的材料基础。实现低维材料中的本征磁性和高迁移率对延续和超越摩尔定律具有重大意义，然而目前学界对该课题的研究工作较为有限，特别是二维磁性材料的载流子迁移率水平有待提高。
本工作基于第一性原理密度泛函理论，研究了单层VSi2N4的两种可能物相，其中H相对应于MoSi2N4中已经观察到的结构，而在双轴拉伸应变超过3%时成为T相。二者均为在费米能级附近具有100%自旋极化的本征铁磁半导体，基于海森堡模型的蒙特卡洛模拟预测的居里温度分别为344和237K，并且可通过双轴压缩应变进一步提高。通过形变势理论预测H相结构自旋向上极化的载流子具有巨大的迁移率，可达到1×106cm2V-1s-1，进一步分析得到高迁移率的原因为：（1）较小且具有各向同性的载流子有效质量；（2）七原子层结构导致杨氏模量较大。这种高自旋极化载流子迁移率、100%自旋极化率与高居里温度的组合提供了开发自旋电子学的材料基础。
材料基因院/理学院物理系任伟教授和Jeffrey Reimers教授为论文共同通讯作者，物理系博士研究生乔磊为第一作者，永利集团88304官网为第一单位。本工作得到了国家自然科学基金重点及面上项目、上海市科学技术委员会优秀学术带头人项目、永利集团88304官网上海市科学与工程计算专业技术服务平台、之江实验室和永利集团88304官网量子科技研究院的支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.4c01416
