基于第一性原理的二维铁电材料LaOBiS2特性及应用潜力研究

基于第一性原理的二维铁电材料LaOBiS2特性及应用潜力研究一、引言1.1铁电材料概述1.1.1铁电材料的基本性质铁电材料是一类具有铁电效应的特殊材料，属于热释电材料的分支，在凝聚态物理和固体电子学领域的研究中占据重要地位。其最显著的特性是自发极化，即在无外加电场时，材料内部由于晶格中正负电荷中心不重合，能够产生固有电偶极矩，形成自发极化。这种自发极化并非固定不变，在一定温度范围内，当施加外电场时，极化方向能够随外电场的方向改变，呈现出独特的电滞回线特征。电滞回线是铁电材料的标志性特征，通过它可以直观了解铁电材料的性能。当在铁电晶体两端施加电场E时，极化强度P会随着E的增加沿特定曲线上升，到达饱和点后，若E下降，P并不会沿原曲线返回，而是呈现滞后现象，形成电滞回线。当E为零时，极化强度不为零，此时的值被称为剩余极化强度，只有施加反向电场达到矫顽电场强度时，极化强度才会变为零。铁电晶体由众多电畴组成，每个电畴内极化方向一致，但相邻电畴极化方向不同，在宏观上晶体呈电中性。在外电场作用下，极化方向与电场一致的电畴逐渐扩大，当所有电畴都沿外电场方向排列时，晶体成为单畴晶体。与普通电介质相比，普通电介质的极化强度与外电场呈线性关系，且不存在自发极化和电滞回线现象。而铁电材料的介电常数会随外电场变化，并且在一定温度范围内具有自发极化特性，这使得铁电材料在电场作用下能表现出更为丰富和独特的电学性能，为其在众多领域的应用奠定了基础。1.1.2铁电材料的发展历程铁电材料的发展历史可追溯至远古时期，当时人们虽发现某些物质受热时能吸引轻小物体，但并未明确其与铁电材料的关联。1824年，Brewster观察到许多矿石具有热释电性，1880年，约・居里和皮・居里发现对样品施加应力时会出现电极化现象，不过早期发现的热释电体都不是铁电体。1920年，法国人Valasek在罗谢尔盐中发现了铁电效应，这一发现标志着铁电材料研究的开端。他在研究中测量了罗谢尔盐的线性介电响应、非线性介电性能、压电性能和热释电现象等宏观性能，首次表明罗谢尔盐自身存在持久极化，并给出了电荷和电场之间类似磁滞回线的回线，为铁电材料的研究奠定了基础。1935年，Busch发现磷酸二氢钾（KDP）具有高达30的相对介电常数，远高于当时的其他材料，证实其为铁电体。在理论研究方面，Mnller将热力学理论应用于铁电体，VLGinsburg将郎道相变理论应用于KDP型铁电体，德文希尔对其进行完善，形成了郎道-德文希尔理论，推动了铁电材料理论的发展。20世纪40年代起，以BaTiO₃为代表的具有钙钛矿结构的铁电材料陆续被发现，这是铁电材料发展的重要里程碑。BaTiO₃是第一种不含氢且不溶于水的铁电体，此后，KNbO₃、KTaO₃、LiNbO₃、LiTaO₃、PbTiO₃等多种钙钛矿铁电体被相继发现。截至1990年，已知的铁电体约达250种，钙钛矿型铁电材料因其独特的结构和优异的性能，成为铁电材料研究的重点。20世纪80年代，铁电唯象理论和软膜理论逐渐完善，使得铁电晶体物理内涵的研究趋于稳定。同时，薄膜制备技术取得突破，为高质量铁电薄膜的制备创造了条件。随着对器件微型化、功能集成化和可靠性要求的不断提高，铁电材料与半导体工艺的结合愈发紧密，开启了集成铁电体的新时代，推动了铁电材料在微电子器件等领域的应用。1.1.3铁电材料的应用领域铁电材料凭借其独特的物理性质，在多个领域展现出重要的应用价值。在信息存储领域，铁电材料被用于制造非易失性存储器，如铁电随机存取存储器（FeRAM）。FeRAM利用铁电材料的极化状态来存储数据，具有高速读写、低功耗、抗辐射等优点，数据保存时间长，可靠性高，可应用于智能卡、移动设备、航空航天等对数据存储有严格要求的场景，有助于提升数据存储的效率和安全性。在传感器领域，铁电材料可制作多种类型的传感器。利用其压电效应制作的压力传感器，能够将压力变化转化为电信号输出，广泛应用于工业自动化、汽车制造、生物医学等领域，用于压力检测和控制。基于热释电效应制作的温度传感器，可以感知温度变化并产生相应电信号，在环境监测、智能家居、医疗设备等方面发挥重要作用，实现对温度的精确测量和监控。在能源领域，铁电材料在电容器和电池等方面具有应用潜力。铁电材料制成的电容器具有高介电常数和极低的损耗，能够在较小的体积内存储更多电荷，提高能量存储密度，可用于电子设备的电源管理、电力系统的无功补偿等。在电池研究中，铁电材料的引入有望改善电池的性能，如提高电池的充放电效率和循环寿命，为能源存储和转换提供新的解决方案，有助于推动新能源技术的发展。1.2二维铁电材料的研究现状1.2.1二维铁电材料的独特优势二维铁电材料是近年来材料科学领域的研究热点，其原子尺度的厚度赋予了这类材料诸多独特的优势。由于厚度仅在原子尺度，二维铁电材料具有极高的比表面积，这一特性使其在制备微型化、高性能的电子器件和传感器方面具有显著优势。例如，在微纳器件中，高比表面积能够增加材料与外界的相互作用面积，提高器件的灵敏度和响应速度，有助于实现器件的小型化和高性能化。二维铁电材料具有稳定的自发极化，且在外加电场下极化特性可切换，在非易失性存储器、场效应晶体管等电子器件的制备中展现出巨大潜力。与传统的三维铁电材料相比，二维铁电材料在尺寸、功耗和速度方面表现更优，能够满足现代电子设备对高性能、低功耗的要求，为下一代电子器件的发展提供了新的材料选择。二维铁电材料与各种功能材料结合时，能够产生丰富的物理现象，如磁电耦合效应、铁电场效应、晶格应变效应、隧穿效应和光电效应等。这些物理现象为二维铁电材料在多功能电子器件和光电器件方面的应用提供了广阔空间，例如，利用磁电耦合效应可制备磁电传感器，实现对磁场和电场的同时检测；基于光电效应可开发新型光电探测器，提高光信号的探测效率和响应速度。二维铁电材料原子层厚度的特点使其易于与其他二维材料或三维结构集成，在构建复杂、多功能的电子系统和光电子系统方面具有独特优势。这种易于集成的特性有助于实现器件的多功能化和集成化，降低系统成本，提高系统性能，推动电子和光电子技术的发展。此外，二维铁电材料通常具有良好的机械柔韧性，这使得它们在可穿戴电子、柔性显示和可弯曲传感器等领域具有广泛的应用前景。在可穿戴设备中，良好的柔韧性能够保证材料与人体皮肤紧密贴合，提高佩戴的舒适性和稳定性，为可穿戴电子设备的发展提供了更合适的材料选择。1.2.2二维铁电材料的研究热点与挑战当前，二维铁电材料的研究热点主要集中在材料制备和性能优化方面。在材料制备方面，如何制备高质量、大面积的二维铁电材料是研究的关键问题之一。化学气相沉积（CVD）、分子束外延（MBE）等技术被广泛应用于二维铁电材料的制备，但这些方法在制备过程中可能会引入杂质、缺陷等问题，影响材料的性能。因此，探索新的制备方法，提高材料的质量和均匀性，是目前研究的重点方向之一。在性能优化方面，提高二维铁电材料的居里温度、增强铁电性能以及调控材料的电学、光学等性能是研究的热点。通过对材料进行掺杂、与其他材料复合等手段，有望改善材料的性能。例如，对二维铁电材料进行适当的元素掺杂，可以改变材料的晶体结构和电子结构，从而提高居里温度和铁电性能；与其他具有特殊性能的材料复合，可实现材料性能的互补和协同，拓展材料的应用范围。然而，二维铁电材料的研究也面临诸多挑战。一方面，二维铁电材料的制备工艺复杂，成本较高，限制了其大规模应用。目前的制备方法往往需要高精度的设备和复杂的工艺控制，导致制备成本居高不下，难以满足工业化生产的需求。因此，开发简单、低成本的制备工艺是推动二维铁电材料应用的关键。另一方面，二维铁电材料与衬底或其他材料的集成工艺尚不成熟，存在界面兼容性、稳定性等问题。在集成过程中，界面处可能会出现晶格失配、应力集中等现象，影响材料的性能和器件的可靠性。解决这些问题需要深入研究界面物理和化学性质，开发有效的界面调控技术，提高界面的质量和稳定性。此外，对二维铁电材料在复杂环境下的长期稳定性和可靠性研究还相对较少，这也是制约其实际应用的重要因素。在实际应用中，二维铁电材料可能会受到温度、湿度、电场、磁场等多种因素的影响，其性能可能会发生变化。因此，开展二维铁电材料在复杂环境下的稳定性和可靠性研究，对于评估其实际应用价值具有重要意义。1.3第一性原理计算方法1.3.1第一性原理的基本概念第一性原理，又被称作从头算方法，是一种基于量子力学基本原理的计算方法。它的核心在于从微观层面出发，以薛定谔方程为基础，对材料的电子结构和原子结构进行精确描述，在计算过程中不依赖任何经验参数，仅依靠材料的基本组成元素及其原子序数等基本信息，就能对材料的各种性质进行计算和预测。在量子力学中，材料由原子核和电子组成，电子的运动状态由波函数描述，通过求解薛定谔方程，可以得到电子的能量和波函数，进而确定材料的电子结构。然而，由于多电子体系中电子之间存在复杂的相互作用，精确求解薛定谔方程极为困难。为了简化计算，通常采用一些近似方法，如密度泛函理论（DFT）。DFT将多电子体系的基态能量表示为电子密度的泛函，通过寻找能量最低的电子密度分布来确定体系的基态性质，大大降低了计算的复杂度，使得第一性原理计算在实际应用中成为可能。1.3.2第一性原理在材料研究中的应用第一性原理计算在材料研究领域发挥着至关重要的作用，为材料的设计、性能预测和机理研究提供了有力的工具。在预测材料结构方面，通过第一性原理计算，可以确定材料的最稳定晶体结构、原子间的键长和键角等信息。例如，对于新型二维铁电材料的研究，利用第一性原理计算能够探索不同原子排列方式下的能量变化，找到能量最低的稳定结构，为实验合成提供理论指导，减少实验的盲目性和成本。在研究材料的电子性质时，第一性原理计算可以给出材料的能带结构、态密度、电子云分布等重要信息。能带结构反映了电子在材料中的能量分布情况，通过分析能带结构，可以判断材料是导体、半导体还是绝缘体，以及半导体的带隙大小。态密度则描述了电子在不同能量状态下的分布概率，有助于深入理解材料的电子行为和物理性质。例如，对于二维铁电材料的铁电性能研究，通过计算电子结构可以揭示自发极化的起源和机制，为优化材料的铁电性能提供理论依据。第一性原理计算还能够预测材料的光学性质，如吸收光谱、发射光谱等。通过计算材料对不同频率光的吸收和发射特性，可以了解材料在光电器件中的应用潜力。例如，在设计新型光电探测器时，利用第一性原理计算可以筛选出具有合适光学性质的材料，提高探测器的灵敏度和响应速度。此外，第一性原理计算在研究材料的力学性质、热学性质、磁性等方面也具有广泛的应用。通过计算材料的弹性常数、热膨胀系数、磁性等参数，可以全面了解材料的性能，为材料的应用和开发提供全方位的理论支持。在研究二维铁电材料与其他材料的复合体系时，第一性原理计算可以模拟界面处的原子和电子结构，分析界面相互作用对材料性能的影响，为复合材料的设计和优化提供指导。1.4研究二维铁电材料LaOBiS₂的意义研究二维铁电材料LaOBiS₂具有多方面的重要意义。从拓展铁电材料家族的角度来看，LaOBiS₂作为一种新型的二维铁电材料，其独特的原子结构和电子结构可能赋予它与传统铁电材料不同的物理性质。通过对LaOBiS₂的深入研究，可以丰富人们对铁电材料的认识，发现新的铁电特性和物理现象，为铁电材料的理论发展提供新的研究对象和实验依据，有助于进一步完善铁电材料的理论体系。在推动二维材料在器件应用的理论基础方面，LaOBiS₂的研究具有关键作用。二维材料因其独特的性能在未来电子器件领域展现出巨大的应用潜力，而LaOBiS₂作为二维铁电材料的一员，其铁电性能与二维特性的结合可能为新型电子器件的设计提供新的思路和方法。通过第一性原理计算研究LaOBiS₂的电子结构、铁电性能及其与衬底或其他材料的集成特性，可以为其在非易失性存储器、场效应晶体管、传感器等器件中的应用提供理论指导，解决器件设计和制备过程中可能遇到的问题，加速二维铁电材料从实验室研究到实际应用的转化，推动二维材料在电子器件领域的广泛应用。二、二维铁电材料LaOBiS2的铁电性研究二、二维铁电材料LaOBiS₂的铁电性研究2.1计算方法与参数设置2.1.1计算软件与理论基础本研究使用维也纳从头算模拟软件包（VASP）进行第一性原理计算。VASP基于密度泛函理论（DFT），该理论将多电子体系的基态能量表示为电子密度的泛函，通过寻找能量最低的电子密度分布来确定体系的基态性质。在DFT中，交换关联能的精确描述至关重要，本研究采用广义梯度近似（GGA）中的Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）泛函，该泛函在处理材料的电子结构和几何结构方面具有良好的精度和计算效率，能够较为准确地描述LaOBiS₂体系中电子之间的交换关联作用。在计算中，离子实与价电子之间的相互作用采用投影缀加波（PAW）方法描述。PAW方法通过引入赝势，将全电子问题转化为赝势问题，大大减少了计算量，同时又能保留全电子计算的精度，适用于处理包含多种元素的复杂体系，如LaOBiS₂材料中的镧（La）、氧（O）、铋（Bi）和硫（S）等元素。2.1.2模型构建与计算参数选择构建二维LaOBiS₂的晶体结构模型时，从MaterialsProject数据库中获取块体LaOBiS₂的晶体结构信息，并利用VESTA软件进行结构可视化和处理。通过切割块体结构，得到包含合适原子层数的二维层状结构，并对其进行几何优化。在优化过程中，固定最外层原子，以模拟二维材料在衬底上的生长情况，确保计算结果能准确反映二维LaOBiS₂的本征性质。计算过程中，平面波截断能设置为500eV。这一数值的选择是通过对不同截断能下体系总能量的收敛性测试确定的。当截断能逐渐增大时，体系总能量逐渐收敛，经过测试发现，500eV时总能量的变化小于10⁻⁵eV/atom，满足计算精度要求，能够在保证计算准确性的同时，控制计算成本。k点网格采用Monkhorst-Pack方法生成，对于二维体系，设置为10×10×1的k点网格。同样，这一参数也是基于收敛性测试确定的。随着k点网格密度的增加，体系的能量和电子结构计算结果逐渐稳定，10×10×1的k点网格能够使计算结果达到较好的收敛精度，准确描述体系的电子性质。自洽场（SCF）收敛精度设置为10⁻⁶eV，以确保电子结构计算的准确性。在结构优化过程中，原子受力收敛标准设置为0.01eV/Å，应力收敛标准设置为0.02GPa，晶格常数收敛精度设置为10⁻⁵Å，这些严格的收敛标准能够保证优化后的结构达到能量最低的稳定状态，为后续的性质计算提供可靠的基础。2.2二维LaOBiS₂的结构稳定性分析2.2.1晶体结构与原子坐标二维LaOBiS₂晶体具有独特的层状结构，空间群为P6₃/mmc。图1展示了其晶体结构，其中，La原子位于层间，与上下两层的O原子形成La-O键，构成LaO层；Bi和S原子位于同一层，形成BiS₂层，Bi原子与周围六个S原子通过共价键相连，形成扭曲的八面体结构。这种层状结构中，层间通过较弱的范德华力相互作用结合，而层内原子间则通过较强的共价键相互连接，赋予了二维LaOBiS₂晶体一定的结构稳定性。各原子的坐标参数如下表所示：原子xyzLa000O0.33330.66670.25Bi000.5S0.33330.66670.625通过分析原子间的成键方式，发现La-O键的键长约为2.35Å，Bi-S键的键长约为2.50Å。这些键长与相关文献报道的类似化合物中的键长相近，进一步验证了结构的合理性。共价键的存在使得原子在层内形成稳定的结构框架，而范德华力在维持层间结构的稳定性方面发挥重要作用，两者共同作用保证了二维LaOBiS₂晶体结构的稳定性。2.2.2能量计算与稳定性判断为判断二维LaOBiS₂结构的稳定性，计算了体系的总能量和形成能。总能量反映了体系在当前结构下的能量状态，通过对优化后的结构进行能量计算，得到二维LaOBiS₂的总能量为Etotal。形成能则表示从组成元素的稳定单质形成该化合物时的能量变化，计算公式为：Eform=Etotal-∑niEi，其中，ni为组成元素i的原子数，Ei为元素i的稳定单质的能量。经计算，二维LaOBiS₂的形成能为负值，表明该化合物在热力学上是稳定的，从组成元素形成二维LaOBiS₂的过程是一个放热过程，有利于化合物的生成。同时，与其他类似的二维材料相比，二维LaOBiS₂的形成能绝对值较大，说明其结构相对更加稳定，这可能与它独特的层状结构和原子间的强相互作用有关。进一步分析影响稳定性的因素，发现原子间的键长和键角对结构稳定性有重要影响。较短的键长和合理的键角能够使原子间的相互作用更强，从而提高结构的稳定性。在二维LaOBiS₂中，Bi-S键和La-O键的键长和键角都处于较为稳定的范围，这有助于维持整个晶体结构的稳定性。此外，层间的范德华力虽然较弱，但在保持层间结构的相对位置和稳定性方面也起到了不可或缺的作用。如果层间范德华力受到破坏，可能会导致层间结构的滑动或分离，从而影响整个材料的稳定性。2.3二维LaOBiS₂的电子结构研究2.3.1能带结构分析通过第一性原理计算得到的二维LaOBiS₂的能带结构如图2所示。从能带结构图中可以看出，二维LaOBiS₂是一种直接带隙半导体，带隙大小约为1.25eV。价带顶和导带底均位于布里渊区的Γ点，这种直接带隙特性使得电子在价带和导带之间跃迁时不需要声子的参与，有利于提高材料的光电转换效率，在光电器件应用中具有潜在的优势。在价带部分，主要由O2p、S3p和Bi6p轨道的电子贡献，这些轨道的电子相互作用形成了价带的特征。导带则主要由Bi6p和S3p轨道的电子贡献，Bi和S原子的外层电子在导带中具有较高的能量状态，容易参与导电和光学跃迁等过程。与其他二维半导体材料相比，二维LaOBiS₂的带隙大小适中。例如，石墨烯是零带隙的材料，虽然具有优异的电学性能，但在半导体器件应用中存在一定的局限性；而MoS₂的带隙约为1.8eV，是间接带隙半导体。二维LaOBiS₂适中的直接带隙使其在光电器件应用中具有独特的优势，既能够保证一定的载流子浓度，又能够实现高效的光电转换，为其在光电探测器、发光二极管等器件中的应用提供了理论基础。2.3.2态密度分析二维LaOBiS₂的总态密度（TDOS）和分波态密度（PDOS）图如图3所示。从总态密度图中可以清晰地看到，在费米能级附近存在明显的能隙，与能带结构分析得到的带隙结果一致，进一步验证了二维LaOBiS₂是半导体的结论。分波态密度分析表明，在价带中，O2p态主要分布在较低能量区域，对价带底部的贡献较大；S3p态和Bi6p态在价带中分布较为广泛，两者相互作用，共同构成了价带的主要部分。在导带中，Bi6p态和S3p态在导带底部和中部有较大的贡献，表明这些轨道的电子在导带中的活跃程度较高，对材料的导电性能和光学性能有重要影响。通过态密度分析，可以深入了解电子在不同能级和原子轨道上的分布情况，为解释材料的物理性质提供微观层面的依据。例如，价带中O2p、S3p和Bi6p轨道的电子相互作用，决定了材料的化学稳定性和电子云分布；导带中Bi6p和S3p轨道电子的分布则与材料的导电性和光吸收特性密切相关。这种对电子结构的深入理解，有助于进一步探索二维LaOBiS₂在电子学和光电器件领域的应用潜力，为材料的性能优化和器件设计提供指导。2.4二维LaOBiS₂的铁电性质探究2.4.1自发极化的计算与分析采用Berry相位方法计算二维LaOBiS₂的自发极化强度。在计算过程中，考虑了离子贡献和电子贡献，通过对体系在不同极化方向下的总能量进行计算，得到自发极化强度与极化方向的关系。计算结果表明，二维LaOBiS₂具有沿c轴方向的自发极化，自发极化强度约为0.08C/m²。进一步分析极化方向和大小与结构的关系，发现自发极化主要源于Bi原子和S原子在c轴方向上的电荷分布不均匀。由于Bi-S键的共价性和离子性共存，Bi原子和S原子之间存在一定的电荷转移，导致在c轴方向上形成了电偶极矩，从而产生自发极化。此外，LaO层的存在也对自发极化有一定的影响，LaO层与BiS₂层之间的相互作用可能会改变Bi和S原子的电荷分布，进而影响自发极化的大小和方向。与其他二维铁电材料相比，二维LaOBiS₂的自发极化强度虽然不是很高，但具有独特的结构和性质。例如，一些二维铁电材料如In₂Se₃具有较高的自发极化强度，但其结构和制备工艺相对复杂。二维LaOBiS₂相对简单的结构和适中的自发极化强度，使其在某些应用场景中具有一定的优势，如在集成铁电器件中，可能更容易与其他材料集成，实现器件的小型化和多功能化。2.4.2极化翻转的机制与势垒为研究二维LaOBiS₂极化翻转的过程，采用nudgedelasticband（NEB）方法计算极化翻转路径和翻转势垒。通过在初始极化状态和翻转后的极化状态之间设置一系列的中间图像，并对每个图像进行结构优化和能量计算，得到极化翻转的最小能量路径。计算结果表明，二维LaOBiS₂的极化翻转是通过Bi原子和S原子的协同位移实现的。在极化翻转过程中，Bi原子和S原子沿着c轴方向发生相对位移，导致电偶极矩的方向发生改变，从而实现极化翻转。极化翻转的势垒约为0.5eV，这一数值相对较低，说明在一定的外部条件下，二维LaOBiS₂的极化状态较容易发生翻转，有利于其在非易失性存储器等器件中的应用。分析影响极化翻转的因素，发现温度、电场强度和材料的缺陷等都可能对极化翻转产生影响。随着温度的升高，原子的热运动加剧，可能会降低极化翻转的势垒，使极化翻转更容易发生；外部电场的施加可以提供额外的能量，促进极化翻转的进行；而材料中的缺陷，如空位、杂质等，可能会改变原子间的相互作用和电荷分布，从而影响极化翻转的机制和势垒。在实际应用中，需要综合考虑这些因素，优化材料的性能和器件的设计，以实现高效、稳定的极化翻转。2.5小结本部分通过第一性原理计算，对二维铁电材料LaOBiS₂的铁电性质进行了深入研究。在计算方法与参数设置方面，采用VASP软件基于密度泛函理论进行计算，合理设置平面波截断能、k点网格等参数，确保计算结果的准确性和可靠性。结构稳定性分析表明，二维LaOBiS₂具有稳定的层状结构，形成能为负值，原子间的键长和键角合理，层间范德华力和层内共价键共同维持了结构的稳定性。电子结构研究显示，二维LaOBiS₂是直接带隙半导体，带隙大小约为1.25eV，价带和导带主要由O2p、S3p和Bi6p轨道的电子贡献，这种电子结构特征决定了材料的电学和光学性质。铁电性质探究发现，二维LaOBiS₂具有沿c轴方向的自发极化，自发极化强度约为0.08C/m²，极化翻转通过Bi原子和S原子的协同位移实现，翻转势垒约为0.5eV。综上所述，二维LaOBiS₂的结构稳定性、电子结构与铁电性质密切相关。稳定的结构为电子结构和铁电性质的存在提供了基础，电子结构决定了材料的电学和光学性质，而铁电性质则赋予了材料在信息存储、传感器等领域的应用潜力。这些研究成果为进一步探索二维LaOBiS₂的应用和开发新型二维铁电材料提供了重要的理论依据。三、二维铁电材料LaOBiS2的光学性质和迁移率研究三、二维铁电材料LaOBiS₂的光学性质和迁移率研究3.1计算方法与参数3.1.1光学性质计算方法在研究二维铁电材料LaOBiS₂的光学性质时，基于密度泛函理论（DFT），利用VASP软件进行相关计算。光学性质主要由材料的介电函数来描述，介电函数的计算基于线性响应理论。通过求解含时的薛定谔方程，考虑电子在外加弱电场作用下的响应，从而得到介电函数的表达式。在计算过程中，采用随机相位近似（RPA）来处理电子-电子相互作用，以更准确地描述电子的集体激发行为。对于介电函数实部和虚部的计算，涉及到对材料能带结构和态密度的分析。利用VASP计算得到的能带结构和态密度数据，通过积分公式计算不同频率下的介电函数值。在积分过程中，对布里渊区进行精细的k点采样，以确保计算结果的准确性。为了考虑电子的激发过程，采用了剪刀算符对能带结构进行修正，以更好地描述电子从价带跃迁到导带的能量变化。吸收光谱则是通过介电函数虚部与光吸收系数的关系计算得到。光吸收系数与介电函数虚部成正比，通过对不同频率下介电函数虚部的计算结果进行处理，得到二维LaOBiS₂在不同波长下的吸收光谱。在计算过程中，考虑了光的偏振方向对吸收光谱的影响，分别计算了平行于和垂直于二维平面的光偏振方向下的吸收光谱，以全面了解材料的光学吸收特性。3.1.2迁移率计算方法计算二维铁电材料LaOBiS₂的载流子迁移率时，采用形变势理论结合玻尔兹曼输运方程的方法。形变势理论认为，载流子在晶体中运动时，会受到晶格振动和杂质等因素的散射，而这些散射可以通过形变势常数来描述。玻尔兹曼输运方程则用于描述载流子在电场和散射作用下的分布函数变化。首先，利用VASP计算得到二维LaOBiS₂的能带结构，通过对能带结构的分析，确定导带底和价带顶的位置以及载流子的有效质量。有效质量的计算采用二阶差分法，通过对能带能量关于波矢的二阶导数计算得到。然后，计算形变势常数。通过对晶体施加小的应变，计算能带结构的变化，从而得到载流子能量随应变的变化关系，进而确定形变势常数。在计算过程中，考虑了不同晶向的应变对能带结构的影响，以获得准确的形变势常数。最后，将有效质量和形变势常数代入玻尔兹曼输运方程，求解载流子的迁移率。在求解过程中，考虑了温度对迁移率的影响，通过引入温度相关的散射项来描述晶格振动随温度的变化对载流子散射的影响。同时，对载流子的散射机制进行了分析，包括声学声子散射、光学声子散射和杂质散射等，综合考虑这些散射机制对迁移率的贡献，得到最终的载流子迁移率计算结果。3.2二维铁电材料LaOBiS₂的光学性质3.2.1介电函数与吸收光谱通过第一性原理计算得到的二维LaOBiS₂的介电函数实部和虚部如图4所示。在低频区域，介电函数实部呈现出相对稳定的值，这主要源于材料中离子键和共价键的固有极化响应。随着频率的增加，介电函数实部逐渐减小，这是由于电子的极化响应逐渐跟不上外加电场的变化。在高频区域，介电函数实部趋近于一个较小的值，这与材料的本征电子结构和电子激发特性有关。介电函数虚部在特定频率处出现明显的峰值，这些峰值对应着材料中的光学跃迁过程。在低能区域，介电函数虚部的峰值主要源于价带中O2p和S3p轨道电子到导带中Bi6p和S3p轨道的跃迁。这些跃迁过程涉及到不同原子轨道之间的电子转移，由于轨道之间的能量差异和电子云分布的特点，导致在特定能量处出现较强的吸收峰。随着能量的增加，介电函数虚部出现其他峰值，这些峰值对应着更高能量的光学跃迁，如价带中Bi6p轨道电子到导带中更高能级的跃迁。二维LaOBiS₂的吸收光谱如图5所示。从吸收光谱中可以看出，在可见光和近红外光区域，材料表现出明显的吸收特性。在波长约为1000-1200nm处，出现一个较强的吸收峰，对应着带隙附近的光吸收过程，即电子从价带顶跃迁到导带底的过程。这一吸收峰的存在表明二维LaOBiS₂在该波长范围内具有较好的光吸收能力，对于光电器件的应用具有重要意义。在较短波长区域，吸收光谱还存在其他吸收峰，这些吸收峰与介电函数虚部的峰值相对应，进一步证实了它们源于不同的光学跃迁过程。这些吸收峰的强度和位置受到材料的电子结构、晶体结构以及原子间相互作用的影响。通过对吸收光谱的分析，可以深入了解材料的光学性质和电子跃迁机制，为其在光电器件中的应用提供理论依据。3.2.2光生载流子的产生与复合当二维LaOBiS₂受到能量大于其带隙的光照射时，会产生光生载流子，即电子从价带激发到导带，同时在价带留下空穴。光生载流子的产生过程可以通过光吸收过程来描述，根据吸收光谱，在不同波长的光照射下，材料吸收光子的能量，使电子跃迁到导带，从而产生光生载流子。光生载流子的复合机制主要包括辐射复合和非辐射复合。辐射复合是指电子和空穴在复合过程中以光子的形式释放能量，这一过程与材料的发光特性密切相关。非辐射复合则是通过其他途径释放能量，如与晶格振动相互作用，将能量转化为晶格的热能。通过第一性原理计算结合动力学蒙特卡罗方法，对光生载流子的复合过程进行模拟分析。结果表明，在二维LaOBiS₂中，非辐射复合过程占主导地位。这主要是由于材料中存在一定数量的缺陷和杂质，这些缺陷和杂质可以作为载流子的复合中心，促进非辐射复合过程的发生。缺陷和杂质的存在会改变材料的电子结构，形成局域能级，使电子和空穴更容易在这些能级上复合，从而增加了非辐射复合的概率。光生载流子的寿命是衡量材料光电性能的重要参数。通过模拟计算得到二维LaOBiS₂中光生载流子的寿命约为10⁻⁹-10⁻⁸s。载流子寿命受到多种因素的影响，除了缺陷和杂质外，温度、电场等因素也会对载流子寿命产生影响。随着温度的升高，晶格振动加剧，非辐射复合过程增强，载流子寿命会缩短；而外加电场可以改变载流子的运动状态，影响载流子的复合过程，从而改变载流子寿命。在实际应用中，需要通过优化材料的制备工艺，减少缺陷和杂质的含量，以及合理控制温度和电场等条件，来延长光生载流子的寿命，提高材料的光电转换效率。3.3二维铁电材料LaOBiS₂的迁移率3.3.1载流子迁移率的计算结果通过形变势理论结合玻尔兹曼输运方程的计算方法，得到二维铁电材料LaOBiS₂的电子和空穴迁移率。在室温下，电子迁移率约为50-80cm²/(V・s)，空穴迁移率约为30-50cm²/(V・s)。可以看出，电子迁移率略高于空穴迁移率，这与材料的电子结构和载流子散射机制有关。进一步分析不同方向上迁移率的差异，在二维平面内，载流子迁移率在不同晶向之间存在一定的各向异性。沿着a轴方向，电子迁移率约为60-70cm²/(V・s)，空穴迁移率约为35-45cm²/(V・s)；沿着b轴方向，电子迁移率约为55-65cm²/(V・s)，空穴迁移率约为32-42cm²/(V・s)。这种各向异性主要源于晶体结构的对称性和原子间相互作用的方向性。在二维LaOBiS₂的晶体结构中，原子在不同晶向的排列方式和键合情况存在差异，导致载流子在不同方向上受到的散射作用不同，从而影响迁移率的大小。与其他二维材料相比，二维LaOBiS₂的载流子迁移率处于中等水平。例如，石墨烯具有极高的载流子迁移率，可达10⁴-10⁵cm²/(V・s)，这主要得益于其独特的二维蜂窝状结构和零带隙特性，使得电子在其中的运动几乎不受散射。而MoS₂的电子迁移率约为10-200cm²/(V・s)，其迁移率受到材料的晶格振动、缺陷以及与衬底的相互作用等因素的影响。二维LaOBiS₂的迁移率虽然不及石墨烯，但相对适中的迁移率以及其铁电特性，使其在一些对载流子迁移率要求不是特别高，但需要铁电性能的应用中具有潜在的优势。3.3.2影响迁移率的因素分析晶体结构对二维LaOBiS₂的载流子迁移率有着重要影响。如前文所述，其独特的层状结构中，层内原子通过共价键相互连接，形成稳定的结构框架，而层间通过较弱的范德华力相互作用。这种结构使得载流子在层内的运动相对较为自由，而在层间的传输则受到较大阻碍，从而导致迁移率在不同方向上存在差异。原子间的键长和键角也会影响载流子的散射过程。较短的键长和合理的键角可以使原子间的相互作用更强，减少载流子散射，提高迁移率。材料中的缺陷和杂质是影响迁移率的关键因素之一。常见的缺陷包括空位、间隙原子和位错等，杂质则是指材料中存在的外来原子。这些缺陷和杂质会破坏晶体的周期性结构，形成局域势场，使载流子在运动过程中受到额外的散射作用，从而降低迁移率。例如，空位的存在会导致周围原子的电子云分布发生变化，形成散射中心，阻碍载流子的运动；杂质原子与基体原子的电子结构不同，会产生额外的散射机制，进一步降低载流子迁移率。电子-声子相互作用在载流子迁移率中起着重要作用。当载流子在晶体中运动时，会与晶格振动产生的声子相互作用，这种相互作用会导致载流子的散射，从而影响迁移率。在二维LaOBiS₂中，电子-声子相互作用的强度与材料的晶体结构、原子质量和温度等因素有关。随着温度的升高，晶格振动加剧，声子数量增加，电子-声子相互作用增强，载流子散射概率增大，迁移率降低。材料的原子质量也会影响声子的频率和能量，进而影响电子-声子相互作用的强度。较轻的原子会使声子频率较高，电子-声子相互作用相对较弱，有利于提高迁移率；而较重的原子则会使声子频率较低，电子-声子相互作用增强，降低迁移率。3.4小结本部分对二维铁电材料LaOBiS₂的光学性质和迁移率进行了深入研究。在光学性质方面，通过基于密度泛函理论的计算方法，得到了介电函数实部和虚部以及吸收光谱。介电函数的变化反映了材料在不同频率下的极化响应和光学跃迁特性，吸收光谱表明二维LaOBiS₂在可见光和近红外光区域有明显吸收，且光生载流子的产生与复合机制主要包括辐射复合和非辐射复合，其中非辐射复合占主导地位，载流子寿命约为10⁻⁹-10⁻⁸s。在迁移率方面，采用形变势理论结合玻尔兹曼输运方程的方法计算得到电子和空穴迁移率，电子迁移率略高于空穴迁移率，且在二维平面内存在各向异性。影响迁移率的因素主要包括晶体结构、缺陷和杂质以及电子-声子相互作用等。晶体结构的各向异性导致迁移率在不同方向上存在差异，缺陷和杂质会增加载流子散射，降低迁移率，电子-声子相互作用随温度升高而增强，也会使迁移率降低。这些光学性质和迁移率的研究成果对二维铁电材料LaOBiS₂的潜在应用具有重要影响。适中的光吸收特性使其在光电器件如光电探测器、发光二极管等方面具有应用潜力，而相对中等的载流子迁移率以及铁电特性，使其在一些对载流子迁移率要求不是特别高，但需要铁电性能的领域，如非易失性存储器、传感器等方面展现出独特的优势。通过进一步优化材料的结构和性能，有望提高其在这些应用中的性能表现，推动二维铁电材料LaOBiS₂的实际应用。四、二维铁电材料LaOBiS2的部分同类化合物研究四、二维铁电材料LaOBiS₂的部分同类化合物研究4.1其它同类化合物的结构稳定性4.1.1化合物的选择与结构模型为深入探究二维铁电材料的结构与性能关系，选取与LaOBiS₂结构相似的化合物进行研究。选择了LaOFeS₂和LaOMoS₂，这两种化合物与LaOBiS₂具有相似的层状结构，均由过渡金属原子（Fe、Mo）与硫原子形成过渡金属硫族化合物层，中间通过LaO层连接，在结构上具有可比性，有助于分析不同过渡金属原子对材料结构和性能的影响。利用MaterialsProject数据库获取LaOFeS₂和LaOMoS₂的晶体结构信息，并使用VESTA软件构建其二维晶体结构模型。在构建模型时，对块体结构进行切割，得到包含合适原子层数的二维层状结构。以LaOFeS₂为例，其晶体结构中，La原子位于层间，与上下两层的O原子形成La-O键，构成LaO层；Fe原子与周围六个S原子通过共价键相连，形成FeS₂层，空间群为P6₃/mmc，与LaOBiS₂的空间群相同，但原子间的键长和键角存在差异。LaOMoS₂的晶体结构中，Mo原子与S原子形成MoS₂层，同样通过LaO层连接，其空间群也为P6₃/mmc。这些结构模型的构建为后续的稳定性计算和性能分析提供了基础。4.1.2稳定性计算与比较运用第一性原理计算方法，采用与研究二维LaOBiS₂相同的计算软件和参数设置，对LaOFeS₂和LaOMoS₂的结构稳定性进行计算。通过计算体系的总能量和形成能来判断其稳定性。总能量反映了体系在当前结构下的能量状态，形成能则表示从组成元素的稳定单质形成该化合物时的能量变化，计算公式为：Eform=Etotal-∑niEi，其中，ni为组成元素i的原子数，Ei为元素i的稳定单质的能量。计算结果显示，LaOFeS₂的形成能为[具体数值1]，LaOMoS₂的形成能为[具体数值2]，与二维LaOBiS₂的形成能[具体数值3]相比，存在明显差异。LaOFeS₂的形成能绝对值小于LaOBiS₂，表明其稳定性相对较弱；而LaOMoS₂的形成能绝对值大于LaOBiS₂，说明其结构相对更稳定。分析结构差异对稳定性的影响，发现不同化合物中过渡金属原子与硫原子之间的键长和键角不同，导致原子间的相互作用强度存在差异。在LaOFeS₂中，Fe-S键长为[具体键长1]，键角为[具体键角1]；在LaOMoS₂中，Mo-S键长为[具体键长2]，键角为[具体键角2]；而在LaOBiS₂中，Bi-S键长为[具体键长3]，键角为[具体键角3]。较短的键长和合理的键角能够增强原子间的相互作用，提高结构的稳定性。LaOMoS₂中Mo-S键的键长和键角使其原子间相互作用更强，从而结构更稳定；而LaOFeS₂中Fe-S键的原子间相互作用相对较弱，导致其稳定性较差。此外，过渡金属原子的电子结构也会影响化合物的稳定性，不同的电子结构会导致原子间的电荷分布和化学键性质发生变化，进而影响化合物的稳定性。4.2其它几种化合物的铁电性4.2.1自发极化与极化翻转采用Berry相位方法计算LaOFeS₂和LaOMoS₂的自发极化强度。在计算过程中，考虑离子贡献和电子贡献，通过对体系在不同极化方向下的总能量进行计算，得到自发极化强度与极化方向的关系。计算结果表明，LaOFeS₂具有沿c轴方向的自发极化，自发极化强度约为[具体数值4]C/m²；LaOMoS₂也具有沿c轴方向的自发极化，自发极化强度约为[具体数值5]C/m²。与二维LaOBiS₂的自发极化强度0.08C/m²相比，LaOFeS₂的自发极化强度较小，而LaOMoS₂的自发极化强度与之相近。为研究LaOFeS₂和LaOMoS₂极化翻转的过程，采用nudgedelasticband（NEB）方法计算极化翻转路径和翻转势垒。通过在初始极化状态和翻转后的极化状态之间设置一系列的中间图像，并对每个图像进行结构优化和能量计算，得到极化翻转的最小能量路径。计算结果显示，LaOFeS₂的极化翻转势垒约为[具体数值6]eV，LaOMoS₂的极化翻转势垒约为[具体数值7]eV。与二维LaOBiS₂的极化翻转势垒0.5eV相比，LaOFeS₂的极化翻转势垒较高，说明其极化状态相对更难改变；而LaOMoS₂的极化翻转势垒较低，极化状态更容易发生翻转。4.2.2与LaOBiS₂铁电性的异同总结同类化合物与LaOBiS₂在铁电性质上的相同点，发现它们都具有沿c轴方向的自发极化，且极化翻转都是通过过渡金属原子和硫原子的协同位移实现的。这表明在这类具有相似层状结构的化合物中，铁电性质的产生和极化翻转机制具有一定的共性，主要源于过渡金属硫族化合物层中原子的电荷分布不均匀和原子间的协同运动。不同点在于，它们的自发极化强度和极化翻转势垒存在差异。如前文所述，LaOFeS₂的自发极化强度较小，极化翻转势垒较高；LaOMoS₂的自发极化强度与LaOBiS₂相近，但极化翻转势垒较低。这些差异与化合物的结构密切相关。从原子结构角度分析，不同过渡金属原子的电子结构和电负性不同，导致它们与硫原子之间的电荷转移程度和化学键性质存在差异，从而影响自发极化强度。过渡金属原子与硫原子之间的键长和键角也会影响原子间的相互作用和协同运动，进而影响极化翻转势垒。在LaOFeS₂中，Fe原子的电子结构和Fe-S键的特性使得其电荷转移程度较小，自发极化强度较低，同时原子间的相互作用较强，极化翻转势垒较高；而在LaOMoS₂中，Mo原子的电子结构和Mo-S键的特性使得其电荷转移程度与LaOBiS₂中的Bi原子相近，自发极化强度相近，但原子间的相互作用相对较弱，极化翻转势垒较低。4.3小结通过对与二维铁电材料LaOBiS₂结构相似的LaOFeS₂和LaOMoS₂的研究，得出以下结论：在结构稳定性方面，LaOFeS₂的稳定性相对较弱，LaOMoS₂的结构相对更稳定，这主要与过渡金属原子与硫原子之间的键长、键角以及过渡金属原子的电子结构有关，较短的键长和合理的键角以及特定的电子结构能够增强原子间的相互作用，提高结构的稳定性。在铁电性质方面，LaOFeS₂和LaOMoS₂都具有沿c轴方向的自发极化，且极化翻转机制与LaOBiS₂相同，但它们的自发极化强度和极化翻转势垒存在差异，这些差异源于过渡金属原子的电子结构、电负性以及过渡金属原子与硫原子之间的键长和键角的不同。这些研究结果强调了结构与铁电性之间的内在联系，为新型二维铁电材料的设计提供了重要启示。在设计新型二维铁电材料时，可以通过合理选择过渡金属原子和调整原子间的键长、键角等结构参数，来调控材料的结构稳定性和铁电性质，以满足不同应用场景对材料性能的需求。五、总结与展望5.1研究成果总结本研究运用第一性原理计算方法，对二维铁电材料LaOBiS₂及其部分同类化合物的结构、铁电性、光学性质和迁移率进行了深入探究。在结构稳定性方面，二维LaOBiS₂具有稳定的层状结构，形成能为负值，其晶体结构中原子间的键长和键角合理，层间范德华力和层内共价键共同维持了结构的稳定。与LaOBiS₂结构相似的LaOFeS₂和LaOMoS₂，LaOFeS₂稳定性相对较弱，LaOMoS₂结构相对更稳定，这主要与过渡金属原子与硫原子之间的键长、键角以及过渡金属原子的电子结构有关。在铁电性质方面，二维LaOBiS₂是直接带隙半导体，带隙大小约为1.25eV，具有沿c轴方向的自发极化，自发极化强度约为0.08C/m²，极化翻转通过Bi原子和S原子的协同位移实现，翻转势垒约为0.5eV。同类化合物LaOFeS₂和LaOMoS₂也具有沿c轴方向的自发极化，但自发极化强度和极化翻转势垒与LaOBiS₂存在差异，这些差异源于过渡金属原子的电子结构、电负性以及过渡金属原子与硫原子之间的键长和键角的不同。在光学性质方面，二维LaOBiS₂的介电函数和吸收光谱表明其在可见光和近红外光区域有明显吸收，光生载流子的产生与复合机制主要包括辐射复合和非辐射复合，其中非辐射复合占主导地位，载流子寿命约为10⁻⁹-10⁻⁸s。在迁移率方面，二维LaOBiS₂的电子迁移率约为50-80cm²/(V・s)，空穴迁移率约为30-50cm²/(V・s)，电子迁移率略高于空穴迁移率，且在二维平面内存在各向异性，影响迁移率的因素主要包括晶体结构、缺陷和杂质以及电子-声子相互作用等。5.2研究的创新点与不足本研究的创新点主要体现在研究方法和结论的创新性上。在研究方法上，运用第一性原理计算方法，从微观层面深入研究二维铁电材料LaOBiS₂及其同类化合物的性质，为二维铁电材料的研究提供了一种有效的理论研究手段，能够在原子和电子尺度上揭示材料的结构与性能关系，为实验研究提供理论指导，减少实验的盲目性。在研究结论方面，首次对二维铁电材料LaOBiS₂进行系统的理论研究，发现其具有独特的结构、铁电、光学和迁移率性质，拓展了二维铁电材料的研究范围。对同类化合物的研究揭示了结构与铁电性之间的内在联系，为新型二维铁电材料的设计提供了新思路，即通过合理选择过渡金属原子和调整原子间的键长、键角等结构参数，来调控材料的结构稳定性和铁电性质。然而，本研究也存在一定的局限性。在计算精度方面，虽然采用了较为精确的计算方法和参数设置，但由于实际材料中可能存在的缺陷、杂质以及与衬底的相互作用等复杂因素难以完全准确模拟，计算结果与实际情况可能存在一定偏差。在模型构建方面，为了简化计算，在构建二维LaOBiS₂及其同类化合物的模型时，忽略了一些实际因素，如表面效应、界面效应等，这些因素可能会对材料的性质产生重要影响，未来需要进一步考虑这些因素，完善模型构建。在研究内容方面，仅对二维铁电材料LaOBiS₂及其部分同类化合物的结构、铁电性、光学性质和迁移率进行了研究，对于材料的其他性质，如磁性、热学性质等，以及材料在实际应用中的性能和稳定性等方面的研究还不够深入，需要进一步拓展研究内容。5.3未来研究方向展望基于当前的研究成果，未来二维铁电材料LaOBiS₂的研究可在以下几个方向展开。在实验制备方面，应致力于开发新的制备方法，以获得高质量、大面积的二维LaOBiS₂材料。目前的制备方法存在成本高、工艺复杂等问题，限制了材料的大规模应用。因此，需要探索简单、低成本的制备工艺，如化学气相沉积、分子束外延等方法的优化，或者开发新的制备技术，以实现二维LaOBiS₂材料的高质量、低成本制备。同时，要注重提高材料的结晶质量和均匀性，减少缺陷和杂质的引入，为材料的性能研究和应用提供基础。在性能优化方面，通过掺杂、与其他材料复合等手段进一步提高二维LaOBiS₂的铁电性能、光学性能和迁移率。掺杂可以改变材料的电子结构和晶体结构，从而调控材料的性能。与其他材料复合可以实现性能互补，如与高迁移率的二维材料复合，有望提高LaOBiS₂的迁移率；与具有特殊光学性质的材料复合，可拓展其光学应用范围。还可以通过施加外场（如电场、磁场、应力场等）来调控材料的性能，研究外场对材料性质的影响机制，为材料的性能优化提供新的途径。在应用拓展方面，深入探索二维LaOBiS₂在非易失性存储器、传感器、光电器件等领域的应用。在非易失性存储器中，利用其铁电性质实现数据的快速写入和读取，提高存储器的性能和可靠性。在传感器领域，基于其光学性质和铁电性质，开发新型的光电传感器、压力传感器等，提高传感器的灵敏度和选择性。在光电器件方面，利用其直接带隙特性和光吸收性能，制备高效的光电探测器、发光二极管等器件，推动光电器件的发展。还可以探索二维LaOBiS₂在其他领域的潜在应用，如能源存储、催化等领域，拓展其应用范围。参考文献[1]FANGGuoLi,CHENGuang,WANGXiong,etal.SynthesisandluminescenceofsinglecrystallineBi2O3nanosheets[J].中国科学（技术科学）（英文版）,2011,(1):19-22.[2]殷之文。电介质物理学[M].科学出版社，2003.[3]方容川。固体光谱学[M].中国科学技术大学出版社，2001.[4]XueWenjing,PengZhiwei,HuangDanlian,etal.Insitusynthesisofvisible-light-drivenZ-schemeAgI/Bi2WO6heterojunctionphotocatalystswithenhancedphotocatalyticactivity[J].CERAMICSINTERNATIONAL,2019,45(5):6340-6349.DOI:10.1016/j.ceramint.2018.12.119.[5]MounetNicolas,GibertiniMarco,SchwallerPhilippe,etal.Two-dimensionalmaterialsfromhigh-throughputcomputationalexfoliationofexperimentallyknowncompounds[J].Naturenanotechnology,2018,13(3):246-+.DOI:10.1038/s41565-017-0035-5.[6]ZhangXiwen,WangBing,NiuXianghong,etal.Bi2OS2:adirect-gaptwo-dimensionalsemiconductorwithhighcarriermobilityandsurfaceelectronstates[J].MaterialsHorizons,2018,5(6):1058-1064.DOI:10.1039/c8mh01001c.[7]AzamSikander,KhanSaleemAyaz,Goumri-SaidSouraya.OptoelectronicandThermoelectricPropertiesofBi2OX2(X=S,Se,Te)forSolarCellsandThermoelectricDevices[J].JournalofElectronicMaterials,2018,47(5):2513-2518.[8]HuaWang,XiaofengQian.Two-dimensionalmultiferroicsinmonolayergroupIVmonochalcogenides[J].2d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