通过振动光谱监测单层硒化镓的应变：一项第一性原理研究

DOI：10.1103/PhysRevApplied.11.024012 期刊：Physical Review Applied 出版年份：2019 更新时间：2026-01-09 18:44:03

摘要： 单层硒化镓（GaSe）是纳米级电子、自旋电子和光电子应用领域极具前景的材料。其电导率和光学特性可通过应变工程进行大幅调控，而施加应变的评估至关重要。本研究运用第一性原理计算揭示了单层GaSe中应变诱导的声子频率偏移，表明其作为应变探针具有良好应用前景。此外，我们发现单轴应变、双轴应变和剪切应变引发晶格失稳的临界值分别为22%、16%和5%，这意味着该材料可作为柔性电子器件的调控手段。研究表明单层GaSe的硬度约为单层MoS2的二分之一、单层石墨烯的四分之一，其拉曼特征模能够解析低应变区间（最高达1.0%）的应变值。这些发现表明该材料可用于脆弱环境中的应变传感。我们的研究结果为利用拉曼和红外光谱探测单层GaSe应变提供了理论依据，这对基于GaSe器件的应变工程与柔性电子技术发展具有重要指导意义。

关键词： 声子频率偏移柔性电子器件应变传感器拉曼光谱单层硒化镓红外光谱应变工程第一性原理计算

作者： R. Longuinhos，J. Ribeiro-Soares

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研究概述实验方案设备清单

研究目的

研究单层硒化镓(GaSe)中应变诱导的声子频率偏移，以评估其作为柔性电子应用中应变探针和传感器的潜力。

研究成果

第一性原理计算表明，单层GaSe具有显著的应变诱导声子频率偏移特性，使其适用于拉曼和红外光谱的应变探测。该材料比MoS2和石墨烯更柔软，且具有高应变耐受性（单轴应变达22%，双轴应变达16%，剪切应变达5%），是柔性电子器件的理想材料。其拉曼特征模态可检测低至1.0%的应变，有望应用于精密应变传感器领域。非双轴应变下低能模态的异常频率偏移现象源于原子四层结构，这为基于GaSe器件的应变工程提供了重要理论依据。

研究不足

该研究基于采用局域密度近似（LDA）的第一性原理计算，该方法可能高估内聚能并低估晶格常数，从而影响应力估算的准确性。研究未进行实验验证，且未充分探讨实际衬底器件中的应变传递效率。分析仅限于单层GaSe材料，未必适用于少层或体相材料。

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