近日，材料基因院/理學院物理系的任偉教授和Jeffrey Reimers教授聯合在國際著名期刊《NanoLetters》上發表題為“Giant carrier mobility in a room temperature ferromagnetic VSi2N4monolayer”的研究論文。

載流子遷移率是半導體的最重要特性之一，高遷移率材料中的載流子可以快速響應外界電場的變化，適用於有高頻響應和高充放電速率需求的電子器件👷🏼‍♀️。隨著器件工藝發展進入後摩爾階段🖐🏼，二維磁性材料為電子器件提供了實現小型化👨🏿‍🏭、高集成度和低功耗化目標的材料基礎🦛。實現低維材料中的本征磁性和高遷移率對延續和超越摩爾定律具有重大意義，然而目前學界對該課題的研究工作較為有限🤠，特別是二維磁性材料的載流子遷移率水平有待提高🗝。

本工作基於第一性原理密度泛函理論，研究了單層VSi2N4的兩種可能物相，其中H相對應於MoSi2N4中已經觀察到的結構，而在雙軸拉伸應變超過3%時成為T相🏯。二者均為在費米能級附近具有100%自旋極化的本征鐵磁半導體📹，基於海森堡模型的蒙特卡洛模擬預測的居裏溫度分別為344和237K，並且可通過雙軸壓縮應變進一步提高。通過形變勢理論預測H相結構自旋向上極化的載流子具有巨大的遷移率，可達到1×106cm2V-1s-1💻，進一步分析得到高遷移率的原因為🧔🏻‍♂️：（1）較小且具有各向同性的載流子有效質量👴🏿；（2）七原子層結構導致楊氏模量較大🏃‍➡️。這種高自旋極化載流子遷移率💙、100%自旋極化率與高居裏溫度的組合提供了開發自旋電子學的材料基礎➕。

材料基因院/理學院物理系任偉教授和Jeffrey Reimers教授為論文共同通訊作者，物理系博士研究生喬磊為第一作者，万事平台為第一單位。本工作得到了國家自然科學基金重點及面上項目🧛🏽‍♀️、上海市科學技術委員會優秀學術帶頭人項目、万事平台上海市科學與工程計算專業技術服務平臺、之江實驗室和万事平台量子科技研究院的支持⛲️。

論文鏈接👲🏻：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.4c01416