单层IV-VI族二维半导体（化学通式为MX，其中M = Ge, Sn, Pb; X = S, Se, Te）是一类具有丰富物理特性和潜在应用价值的新兴量子材料，通过对化学组分、应力、外加电场等多种参数的调控，此类材料可表现出面内铁电性、铁弹性、电子能谷极化、能谷霍尔效应、persistent spin helix乃至拓扑电子结构等多种性质，有望成为未来设计和制造各种非易失性量子器件的重要材料。

常凯等在《现代物理评论》2021年第93卷第1期发表《单层IV-VI族二维半导体的物理性质》综述文章。

最近，北京量子信息科学研究院量子物态科学研究部的常凯研究员作为通讯作者，与美国阿肯色大学物理系的S. Barraza-Lopez教授（共同通讯作者）和J. W. Villanova博士、美国肯特州立大学物理系的B. M. Fregoso教授、德国马克斯·普朗克微结构物理研究所的S. S. P. Parkin教授合作，在顶级综述期刊《现代物理评论》（Reviews of Modern Physics）上以“Colloquium: Physical properties of group-IV monochalcogenide monolayers”为题发表文章，系统地回顾和总结了近期单层IV-VI族二维半导体领域在实验和理论方面的进展情况，分类介绍了单层IV-VI族二维半导体的晶格结构和成键特性、实验制备方法、铁电翻转行为、晶格应变和压电行为、结构简并和非谐弹性能、结构相变和热释电行为、电子结构以及相应的能谷和自旋特性、以及非线性光学特性。该工作得到了北京量子信息科学研究院和国家自然科学基金项目的支持。

打破单层黑磷结构的空间反演对称性，即可得到具有面内铁电性的单层IV-VI族二维半导体结构

常凯研究员长期致力于IV-VI族二维半导体的分子束外延制备和扫描隧道显微学表征研究，在该领域中取得了一系列开创性的成果，包括单层SnTe面内铁电性的发现（Science 2016, 353:274）及其铁电增强的机理诠释（Adv. Mater. 2019, 31:1804428）、实现单层SnSe面内铁电畴的原位可控翻转（Nano Lett. 2020, 20:6590）、发现单层SnTe铁电畴壁间电子能谷错位诱导的电子态驻波（Phys. Rev. Lett. 2019, 122:206402）等，并对此类单层二维半导体材料的制备方法进行了系统总结（APL Mater. 2019, 7:041102; J. Appl. Phys. 2020, 127:220902）。在以上工作的基础上，常凯研究员将带领北京量子院低维量子材料团队进一步开展对IV-VI族二维半导体异质结的研究，为构建拓扑量子计算器件和非易失性高密度铁电存储器等打下坚实的材料学基础。

文章链接：https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.93.011001

2021-04-29