纯计算Nanoscale: 二维单金属三硫族磷化物中自发对称性破缺

2022年12月14日，Nanoscale在线发表了中国科学院大学苏刚和闫清波教授课题组的研究论文，题目为《Unexpected spontaneous symmetry breaking and perse ferroicity in two-dimensional mono-metal phosphorus chalcogenides》。

单金属三硫族磷化物(MPX3)因其耐人寻味的磁性和潜在的应用而引起了人们的广泛关注。一般认为，单层二维MPX3是中心对称的。然而，作者发现在某些二维MPX3中可能会发生意想不到的自发对称性破缺，即垂直的P-P二聚体移出平面并倾斜，导致结构稳定性增强，反演对称性同时被破坏，出现铁电性或铁弹性。通过系统地研究二维MPX3家族(176)，发现34个成员在几何优化过程中经历了这种对称性破缺，其中10个被确定为动力学稳定的。研究发现P-P二聚体的三角亚晶格与M原子的六方亚晶格之间的不匹配以及M原子不同价态下P孤对电子的可变调节在反演对称性破缺和铁性出现中起着主导作用。此外，作者获得了整个二维MPX3家族的铁性图谱，其中还包括许多从未报道过的稳定反铁磁性和非铁性成员。此工作不仅展示了二维MPX3家族中的铁电性，而且揭示了各种自发对称性破缺如何产生不同的铁性，这将有助于进一步探索二维铁性材料。

图1 单层MPX3的结构示意图

图2 二维MPX3家族中铁性计算的工作流程

图3 二维MPX3家族中铁性材料筛选

图4 二维ScPS3和IrPS3的能带结构、电极化和电子局域函数

图5 能带结构和投影态密度

【论文链接】

Lyu, H., Ma, X., Hao, K. et al. Unexpected spontaneous symmetry breaking and perse ferroicity in two-dimensional mono-metal phosphorus chalcogenides. Nanoscale,2022. https://doi.org/10.1039/D2NR04710A

【其他相关文献】

[1] Ma, X., Lyu, H., Hao, K. et al. Large family of two-dimensional ferroelectric metals discovered via machine learning. Sci. Bull.,2021, 66, 233–242. https://doi.org/10.1016/j.scib.2020.09.010