Ảnh hưởng của Biến dạng lên tính chất Điện tử và Quang học của vật
liệu hai chiều Janus HfSeO
Võ Duy Đạt1, Võ Văn Ơn1*, Cao Thị Thu Hương2, Lâm Tấn Phát3
1
Nhóm Vật Lý Tính Tốn và Mơ Phỏng Vật Liệu Tiên Tiến, Viện Phát Triển Ứng Dụng, Trường
Đại học Thủ Dầu Một
2
Bộ Mơn Hóa Học, Trường THPT Chun Tiền Giang
3
Bộ Môn vật lý, Trường THPT Chuyên Tiền Giang
*
Corresponding author
Email address: , , ,


Tóm tắt
Vật liệu hai chiều bất đối xứng HfSeO được nghiên cứu bằng phương pháp tính tốn từ các
định luật ban đầu, sử dụng giả thế PBE, HSE06 và phương pháp bán thực nghiệm DFT-D3. Kết
quả nghiên cứu cho thấy 2D Janus HfSeO có năng lượng vùng cấm gián tiếp, có giá trị gần 2.12
eV. Cấu trúc 1T của HfSeO có độ bền cơ học, ít giịn với mô đun Young bằng 117.365 N/m. Hệ
số Poisson cao 0.256, giúp đơn lớp HfSeO phản ứng tốt dưới tác dụng của biến dạng nén. Đồng
thời cấu trúc điện tử bề mặt bất đối xứng giúp cho các tính chất quang học của HfSeO tăng cao
dưới tác dụng nén. Giúp khả năng hấp thu ánh sáng cao hơn, mở rộng vùng hấp thu ra khu vực
hồng ngoại, đồng thời nâng cao tỷ lệ hấp thu ở khu vực cực tím. Ngồi ra, độ linh động điện tích
của HfSeO cũng được dự đốn sẽ tăng. Trong khi đó biến dạng kéo dãn làm tăng năng lượng
vùng cấm, giảm độ linh động điện tích và khả năng hấp thu ánh sáng.

Abstract
The properties of 2D asymmetric HfSeO were investigated by applying first-principles
calculations, where the two pseudopotentials PBE, and HSE06 were used together with the semiempirical method DFT-D3. The calculation shows that the 2D Janus HfSeO has an indirect band
gap of about 2.12 eV. The 1T geometry of HfSeO with a Young’s modulus of 117.365 N/m is

dynamically stable, and it is less brittle in comparison to the HfS2 monolayer. The slightly high
Poisson’s ratio of 0.256 causes HfSeO to better respond to the compressive strains. At the same
time, the asymmetric surface electronic structure results in the significant enhancement of optical
properties under compression. For details, the absorption rate α(ω) of compressed HfSeO is
higher in both infrared, visible, and ultra-violet regions, while the intensity of α(ω) is also
increased. Moreover, the charge carrier mobility is also expected to increase. Meanwhile, the
tensile strains tend to enlarge the band gap, the charge carrier mobility, and optical properties are
degraded.

41


1.

GIỚI THIỆU

Ngày nay, sự tiến bộ mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đang giúp chất lượng cuộc sống tăng
cao đồng thời cũng đặt ra nhiều thách thức. Trong đó sự xuống cấp của mơi trường sống có liên
quan mật thiết với sự tiêu thụ năng lượng quá mức và lượng chất thải mà mơi trường phải gánh
chịu. Do đó, có hai nhu cầu cấp thiết đặt ra là nguồn năng lượng tái tạo phải được tăng mạnh,
đồng thời các thiết bị mới phải tiêu thu ít năng lượng hơn, hiệu suất cao hơn và thân thiện với
môi trường hơn. Vật liệu tiên tiến trở thành cốt lõi của các giải pháp kỹ thuât cho vấn đề này.
Trong đó, đặt biệt là thế hệ vật liệu hai chiều (2D) với các đặt tính như độ dẫn điện, diện tích bề
mặt cao, khả năng lai ghép tạo thành các dị cấu trúc mang lại rất nhiều lợi ích trong cơng nghệ
năng lượng mặt trời, năng lượng hydro từ quá trình tách nước, sự chuyển hóa điện nhiệt năng
[1–6]. Ngồi ra vật liệu 2D còn hứa hẹn tạo ra các transistor mạnh mẽ hơn, kích thước nhỏ hơn
giúp tiêu thu ít điện năng nhưng hiệu suất cao hơn [7–12]. Hiện nay, nhóm vật liệu 2D với cấu
trúc bất đối xứng hay còn được gọi là 2D Janus đang thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu nhờ
các tính chất nổi bậc như hiêu ứng áp điện, Rashba, xúc tác tách nước, và quang điện, nhiệt
điện [13–19]. Nổi bậc trong các vật liệu 2D Janus là nhóm vật liệu với cơng thức chung MXY

(M = Mo, Zr, Ti, Hf, X/Y = Te, Se, S và O) [20–24]. Các vật liệu này có đặt điểm cấu trúc đơn
giản, thành phần ít độc hại. Tuy nhiên chúng lại có cấu trúc điện tử đặc biệt và năng lượng
vùng cấm phù hợp cho xúc tác tách nước chuyển hóa năng lượng mặt trời. Ngồi ra, khá nhiều
hợp chất trong nhóm này đã được tổng hợp thành công trong thực nghệm như MoSSe, HfS2,
ZrS2, WSSe [25–31]. Với nhiều ưu điểm về mặt thực nghiệm và ứng dung, tuy nhiên một số
thành viên trong nhóm chất này vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Đặt biệt là hợp chất 2D
Janus HfSeO mới chỉ được đề xuất trong một vài nghiên cứu hạn chế. Do đó, bài báo này tập
trung nghiên cứu cấu hình, tính chất vật lý, điện tử và ảnh hưởng của biến dạng nén và kéo lên
tính chất của vật liệu này. Nghiên cứu được thực hiện dựa trên phương pháp tính tốn từ các
định luật ban đầu sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ DFT với tùy chọn giả thế PBE và
HSE06 nhằm xét đến nhiều yếu tố cấu thành tính chất vật liệu và nâng cao độ chính xác của kết
quả nghiên cứu.

2.

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN

Trong nghiên cứu này các phép tính bằng phương pháp các định luật ban đầu được thực
hiện bằng gói phần mềm VASP [32], trong đó tương tác giữa các hạt nhân nguyên tử Hf, O, và
Se với các electron hóa trị thuộc phân lớp orbital s, p, và d được mô phỏng bởi PAW[33]. Năng
lượng trao đổi tương quan được xấp xỉ bởi gradient tổng quát được tham số hóa bởi John P.
Perdew, Kieron Burke, and Matthias Ernzerhof (PBE).[34] Đồng thời, phiếm hàm lai hóa HSE06
[35]cũng được sử dụng để mơ tả chính xác hơn sự tương tác mạnh giữa các orbital 5d của
nguyên tử Hf. Ngoài ra, lực tương tác yếu van der Waals giữa các bề mặt nguyên tử Hf, Se, và O
cũng được tính đến nhờ phiếm hàm bán thực nghiệm DFT-D3. Các hàm trạng thái của hệ được
khai triển dựa trên các hàm sóng phẳng trong lưới mạng k với kích thước 16x16x1 và được giới
42


hạn bởi động năng nhỏ 500 eV. Phương pháp Gaussian được sử dụng với thông số mờ 0.05.

Hằng số mạng theo phương thẳng đứng được thiết lập với giá trị 30 Å nhằm tránh sự tương tác
giữa các lớp hai chiều HfSeO do tính tuần hồn của hệ. Sự hội tụ của q trình tính tốn tự nhất
qn được quy định bởi các yếu tố gồm sai khác năng lượng tổng trong 2 chu trình tính tốn liên
tiếp khơng vượt quá 1 meV, lưc tác động lên các nguyên tử không lớn hơn 0.01 eV/ Å và năng
lượng electron phải nhỏ hơn 10-4 eV. Ngoài ra, để kiểm tra độ bền của cấu trúc cũng được kiểm
tra bằng biểu đồ phân tán phonon được tính tốn nhờ gói phần mềm Phonopy [36] và phương
pháp “chuyển vị” có sẵn trong gói phần mềm VASP.
3. CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA 2D JANUS HfSeO
Cấu trúc 2D của Janus HfSeO thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp kết hợp với hai
chalcogens (TMDs), có cơng thức chung MXY với M là một trong các kim loại Zr, Ti, Hf, Mo,
và W, trong khi đó XY là hai trong số các chancogen O, S, Se, và Te [13,19,23,25,26,28]. Cấu
hình 1T được ghi nhận bền hơn so với cấu hình 1H đối với nhiều 2D Janus như HfS2, HfSe2,
HfSO, MoSeS, MoSeTe, WS2 [13,19,23–25,28]. Do đó, cấu trúc của đơn lớn HfSeO được xây
dựng dựa trên sự thay thế một lớp nguyên tử Se trong cấu trúc 1T HfSe2 bằng một lớp nguyên tử
O.

Hình 1. Nhìn từ trên xuống (a), nhìn từ mặt bên (b), và phổ phonon (c) của vật liệu hai chiều
Janus HfSeO.
Cấu hình cân bằng của Janus HfSeO sau quá trình tối ưu được trình bài trong Hình.1(a,b).
Có thể thấy hợp chất này có đặc điểm hình học đặc trưng của các TMDs 2D với lớp kim loại
được kẹp giữa hai lớp chancogen. Tuy nhiên, sự khác biệt về độ âm điện của nguyên tử Se so với
O khiến cấu trúc tự sinh mô men lưỡng cực, phá vỡ trục đối xứng. Do đó, Janus HfSeO có cấu
43


trúc khơng cân bằng như các TMDs truyền thống, hình thành cấu trúc đơn lớp mấp mơ thuộc
nhóm cấu hình P3m1. Đối với cấu hình này, nguyên tố Hf với sự phân tách của orbital 5d tạo ra
khả năng hình thành 3 liên kết với mỗi nguyên tử O và Se tạo thành cấu hình lăng trụ tam giác.
Đây cũng là cấu hình bền, được tìm thấy trong nhiều Janus 2D như HfS2, HfSe2,MoS2 [37–
40]Hằng số mạng tinh thể của cấu hình 1T HfSeO được xác định bằng 3.496 Å. Kết quả này

tương đồng với nghiên cứu lý thuyết trước đây, trong đó hằng số mạng của 1T HfSeO bằng
3.451 Å [20]. Ngồi ra, có thể thấy giá trị này của 1T Janus HfSeO cũng gần với dữ liệu lý
thuyết và thực nghiệm về HfS2, HfSe2, TiSeO, ZrSO và HfSO với hằng số mạng nằm trong
khoảng 3.2 – 3.7 Å[41–44]. Độ dài liên các liên kết Hf-O, và Hf-Se, được liệt kê ở Bảng 1, gần
bằng với tổng bán kính của ion Hf4+ (0.85 Å) với anion O2- (1.26 Å) hoặc ion H4+ với ion Se2(1.85 Å)[45]. Điều này cho thấy các liên kết Hf-Se và Hf-O mang đồng thời hai đặc tính ion và
hóa trị.

Bảng 1. Hằng số mạng a (Å), độ dài d (Å) của liên kết Hf-Se, và Hf-O, hằng số đàn hồi C11, C12,
C66 (N/m), mô đun Young cho vật liệu hai chiều Y2D (N/m), và hệ số Poisson’s ν
A
3.49638

dHf-Se dHf-O
2.658 2.164

C11
125.58

C12
32.12

Y2D
ν
117.365 0.256

C66
46.73

Cấu hình 2D của Janus HfSeO chỉ mới được đề xuất trong một số cơng trình nghiên cứu
lý thuyết với các dữ liệu cịn rất hạn chế, do đó độ bền cấu trúc của đơn lớp này cần được xem

xét và đánh giá. Độ bền cơ học của vật liệu có thể được đánh giá bằng phổ phonon. Do mạng cơ
sở của HfSeO bao gồm 3 nguyên tử Hf, Se, và O nên phổ phonon của đơn lớp này, như trình bày
trong hình 1c, bao gồm 9 nhánh phonon. Do các nhánh phonon đều mang dấu dương, nên khơng
có dao động mạng nào gây nên biến dạng cho cấu trúc 1T HfSeO. Từ đây có thể khẳng định độ
bền cơ học của cấu trúc lý thuyết 2D Janus HfSeO.
Ngồi ra, đặc tính cơ học của 2D Janus HfSeO cũng được đánh giá dựa trên mô đun đàn
hồi Young và hệ số Poisson. Đối với hệ hai chiều, mô đun đàn hồi Young, hệ số Poisson có thể
được suy ra từ cơng thức dành cho hệ khối ba chiều, và dựa trên các hệ số biến dạng C11, C12, và
C22 như sau:
𝑌(𝜃) = 𝐶

11 𝑠𝑖𝑛

2
𝐶11 𝐶22 −𝐶12
4 𝜃+𝛼𝑠𝑖𝑛2 𝜃𝑐𝑜𝑠2 𝜃+𝐶 𝑐𝑜𝑠4 𝜃
22

𝐶 𝑠𝑖𝑛4 𝜃+𝛽𝑠𝑖𝑛2 𝜃𝑐𝑜𝑠2 𝜃+𝐶 𝑐𝑜𝑠4 𝜃

(1)

ν(θ) = 𝐶12 𝑠𝑖𝑛4 𝜃+𝛼𝑠𝑖𝑛2𝜃𝑐𝑜𝑠2 𝜃+𝐶12𝑐𝑜𝑠4 𝜃 (2)
11

22

Trong đó,

44



𝛼=

2
𝐶11 𝐶22 −𝐶12

𝐶66

𝛽 = 𝐶11 + 𝐶12 −

− 2𝐶12

(3)

2
𝐶11 𝐶22 −𝐶12

𝐶66

(4)

Mặc dù những Janus như HfSeO có tính bất đối xứng theo trục thẳng đứng, ở mặt phẳng
x-y thì cấu trúc này lại có dạng đối xứng lục giác tổ ong. Do đó, mơ đun Young và hệ số Poisson
theo hai trục x và y đều bằng nhau [46–49] và được viết gọn thành một giá trị cho Y2D và ν như
trình bày trong bảng 1. Mơ đun Young và hệ số Poisson của 2D Janus HfSeO được xác định lần
lượt bằng 117.365 N/m và 0.256. Hệ số Poisson của HfSeO nằm trong khoảng 0.2 – 0.3, đo đó
đơn lớp này có xu hướng kéo dãn theo chiều vng góc với biến dạng nén tương tự trường hợp
của các đơn lớp AlSb, InSb, SnS2, SnSO, and SnO2 [50,51]. So sánh với đơn lớp HfS2 (mô đun
Young bằng 136.82 N/m)[52], đơn lớp HfSeO tương đối mềm và ít giịn hơn.

4. CÁC TÍNH CHẤT ĐIỆN TỬ VÀ QUANG HỌC CỦA VẬT LIỆU 2 CHIỀU JANUS
HfSeO.
Đối với các bán dẫn nói chung, cấu trúc điện tử đóng vai trị rất quan trọng trong việc
hình thành các tính chất vật lý và khả năng ứng dụng. Do đó, 2D Janus HfSeO với vai trị là một
vật liệu mới đề xuất cần được nghiên cứu về cấu trúc điện tử, đặc biệt là cấu trúc vùng năng
lượng. Do đơn lớp HfSeO có cấu hình 1T, nên cấu hình vùng năng lượng được tính tốn theo các
hướng có độ đối xứng cao bao gồm Γ (0.0 0.0 0.0), M (0.5 0.0 0.0), và K (0.333 0.333 0.0) trong
vùng Brillouin. Vùng năng lượng Fermi được hiệu chỉnh về ngang bằng mức cao nhất của năng
lượng vùng dẫn. Kết quả tính tốn, như trình bày ở Hình 2, cho thấy 2D Janus HfSeO có năng
lượng vùng cấm gián tiếp, với độ lớn trong khoảng 1.3 – 2.12 eV tùy vào giả thế PBE hoặc
phiếm hàm lai HSE06. Kết quả này gần tương đồng với mức 0.7 – 2.8 eV của nghiên cứu lý
thuyết trước [20,39].

Hình 2. Cấu trúc năng lượng vùng của đơn lớp Janus HfSeO
Hai phương pháp PBE và HSE06 đều cho thấy mức cao nhất của năng lượng vùng hóa trị
nằm ở điểm Gamma, trong khi mức thấp nhất của năng lượng vùng dẫn nằm ở điểm M. Trong
45


khi phân lớp 5d của Hf chủ yếu tạo nên các mức năng lượng 2 – 5 eV ở vùng đẫn thì các mức
cao nhất của năng lượng vùng hóa trị -4 – 0 eV được cấu thành chủ yếu từ phân lớp p của Se,
và ở mức năng lượng vùng hóa trị thấp nhất từ -6 eV đến -5 eV có sự đóng góp chủ yếu đến
từ phân lớp p của O. Ngồi ra, có sự lai hóa mạnh giữa các orbital Se-p và Hf-d ở vùng hóa
trị. Điều này cho thấy liên kết hóa trị Hf-Se đóng lớn vào cấu trúc đơn lớp HfSeO.
Phân tích cấu trúc vùng năng lượng cho thấy HfSeO có năng lượng vùng cấm tương đối
rộng rất phù hợp cho những ứng dụng quang học và quang điện tự. Tính bất đối xứng bề mặt
của đơn chất này cũng là một lợi thế trong việc hiệu chỉnh tính chất điện tử bằng những
phương pháp đơn giản như tác động nén hoặc kéo dãn [53,54]. Như trình bày ở trên, 2D Janus

Hình 3. Cấu trúc năng lượng vùng của 2D Janus HfSeO dưới tác dụng của biến dạng nén và biến

dạng kéo dãn từ -10% đến 10%
HfSeO với hệ số Poisson tương đối lớn 0.256 được kỳ vọng sẽ kéo dãn dưới tác dụng biến dạng
nén. Từ sự thay đổi cấu trúc này, các biến đổi về tính chất điện từ có thể xuất hiện với những
mức độ khác nhau. Do đó, cấu trúc vùng năng lượng của 2D Janus HfSeO dưới tác dụng của
biến dạng từ -10% đến 10% đã được tính tốn và trình bày ở hình 3. Có thể thấy khi tỷ lệ nén
tăng, năng lượng vùng cấm của HfSeO giảm đáng kể do sự thay đổi lớn trong cấu trúc năng
lượng vùng hóa trị lẫn vùng dẫn. Ở mức nén cao nhất -10%, năng lượng vùng cấm của HfSeO
gần như về không, nhiều khả năng làm cho bán dẫn này mang tính kim loại. Ở chiều ngược lại,
khi HfSeO bị kéo dãn thì năng lượng vùng cấm hầu như thay đổi rất ít. Tuy nhiên các mức năng
lượng vùng dẫn lẫn vùng cấm ngày càng phẳng khi tỷ lệ nén tăng cao.
46


Chúng ta biết rằng độ linh động điện tích tỷ lệ nghịch với đạo hàm bậc hai của năng
lượng vùng biên. Do đó, các đường năng lượng vùng biên càng phẳng thì độ linh động điện tích
càng giảm và ngược lại. Dưới tác dụng dụng của biến dạng nén, độ cong của mức năng lượng
vùng dẫn tăng lên đáng kể, đều này có thể dẫn tới sự tăng mạnh độ linh của các lỗ trống. Bên
cạnh đó, độ linh động của electron cũng được dự đốn sẽ tăng khơng đáng kể do độ cong của
mức năng lượng vùng dẫn chưa tăng nhiều dưới tác dụng của biến dạng nén. Sự khác biệt về độ
linh động có thể giúp q trình tách rời cặp electron/lỗ trống diễn ra thuận lợi hơn. Dưới tác dụng
của biến dạng kéo dãn, các mức năng lượng vùng biên ngày càng phẳng hơn. Do đó, độ linh
động điện tích dự đốn sẽ giảm. Tuy nhiên, có sự gia tăng của năng lượn vùng cấm. Điều này
được thể hiện rõ hơn ở hình 4. Chúng ta có thể thấy mức năng lượng vùng cấm gần như giảm về
không ở mức nén -10% và tăng dần khi tỷ lệ nén giảm. Năng lượng vùng cấm tiếp tục năng dưới
tác dụng của biến dạng kéo dãn. Tuy nhiên ở tỷ lệ kéo dãn trên 4%, tốc độ tăng của năng lượng
vùng cấm giảm dần

Hình 4. Sự biến đổi năng lượng vùng cấm của 2D Janus HfSeO dưới tác dụng của biến dạng nén
và kéo dãn từ -10% đến 10%
Sự thay đổi về cấu trúc điện tử của 2D Janus HfSeO dưới tác dụng của biến dạng biến

dạng được kỳ vọng dẫn đến những thay đổi về tính chất quang học của đơn lớp này. Sự phụ
thuộc của hằng số điện mơi Ɛ(ω) vào bước sóng ω được tính tốn bằng các biểu thức Kramers–
Kronig[55]. Từ đây ma trận giá trị của Ɛ được xây dựng để tính tỷ lệ hấp thụ α(ω), các kết quả
tính tốn được trình bày ở hình 5.

47


Hình 5. Hằng số điện mơi thực Ɛ1(ω) (a), hằng số điện môi ảo Ɛ2(ω) (b), và hệ số thấp thu α(ω)
của 2D Janus HfSeO dưới tác dụng của biến dạng từ -8% đến 8%.
Phổ hằng số điện môi thực Ɛ1(ω) của 2D Janus HfSeO, hình 5(a) được đặt trưng bởi giá
trị tĩnh khoảng 2.5 và tăng lên mức 3.2 dưới tác dụng biến dạng nén -8%. Ngoài biến dạng nén 8% còn tăng giá trị đỉnh của Ɛ1 lên khoảng 20% đồng thời lùi từ mức năng lượng gần 2 eV về
mức gần 1.2 eV. Sự tăng tiến này của hằng số điện môi thực về mặt lý thuyết sẽ làm giảm tương
tác Coulumb của liên kết yếu giữa electron và lỗ trống, qua đó thúc đẩy q trình phân tách khi
bị anh sáng kích thích, đồng thời làm giảm năng lượng hao phí do q trình tái hợp của cặp
electron lỗ trống[56]. Tác dụng của biến dạng kéo làm giảm giá trị diện môi thực, đồng thời
cũng dịch chuyển các đỉnh điện môi lên mức năng lượng cao hơn. Tác dụng của biến dạng nén
cũng làm tăng đỉnh của hằng số điện mơi ảo Ɛ2 , nhưu trình bày ở hình 2, tăng lên gần 30%. Như
vậy kích thích của sóng điện từ lên sự dịch chuyển của electron từ vùng hóa trị lên vùng cấm
được dự đốn sẽ tăng cao. Ngoài ra, đỉnh của Ɛ2 cũng lùi về vùng năng lượng thấp hơn khiến cho
các photon với năng lượng thấp hơn vẫn có thể gây ra quá trình dịch chuyển electron. Đơn lớp
Janus HfSeO trong điều kiện khơng biến dạng có tỷ lệ hấp thu ánh sáng tương đối cao với mức
105 cm-1, dưới tác dụng của biến dạng nén tỷ lệ hấp thu được cải thiện đồng thời khả năng hấp
lùi xuống mức năng lượng thấp hơn giúp bao phủ vùng hồng ngoại và vùng ánh sáng nhìn thấy
được. Điều đặt biệt với đơn lớp HfSeO là khả năng hấp thụ cao cũng diễn ra ở vùng cực tím với
mức hấp thụ cao ở khu vực 4 eV, đồng thời biến dạng nén cũng cải thiện α(ω) ở khu vực này.
Trong khi đó biến dạng kéo giãn làm giảm khả năng hấp thu ánh sáng của đơn lớp HfSeO. Vùng
hấp thu cũng dịch chuyển lên mức năng lượng cao hơn, dần ra khỏi khu vực ánh sáng nhìn thấy
được, trong khi khu vực này tập trung phần lớn năng lượng mặt trời. Qua đó, biến dạng kéo giãn
sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của đơn lớp HfSeO.

5. KẾT LUẬN
Trong nghiên cứu này, phương pháp tính toán bằng các định luật ban đầu đã được áp
dụng để nghiên cứu cấu trúc đề xuất của 2D Janus HfSeO. Kết quả nghiên cứu cho thấy HfSeO
ở dạng hình học 1T có độ bền và tính chất cơ học tốt. Các thông số mạng phù hợp với những
nghiên cứu trước. Sự đặc biệt trong cấu trúc 2D Janus HfSeO thể hiện ở sự bất đối xứng về cấu
48


trúc điện tích theo phương thẳng đứng, sinh ra từ thành phần hóa học khác nhau của bề mặt O và
Se. Đây là đặt tính quan trọng, có tính ứng dụng cao vì các mơ đun vật liệu quang học, quang
điện thường được xây dựng bằng cách xếp các lớp vật liệu chồng lên nhau.
Tính bất đối xứng cộng với hệ số Poisson tương đối cao giúp đơn 2D Janus HfSeO phản
ứng tốt với các biến dạng cơ học, đặt biệt là biến dạng nén. Cụ thể biến dạng nén có khả năng
làm tăng cao độ linh động điện tử trong vật liệu HfSeO. Đều này có tính ứng dụng rất cao trong
các thiết bị quang điện ngày nay. Ngoài ra, biến dạng nén cũng làm tăng cao các đặt tính quang
học của đơn lớp HfSeO. Trong đó khả năng phân tách cặp electron lỗ trống được cải thiện. Sự
dịch chuyển của electron từ vùng hóa trị lên vùng dẫn diên ra dễ dàng hơn và cần kích thích của
photon với mức năng lượng thấp hơn. Đặt biệt, khả năng hấp thu ánh sáng của 2D Janus HfSeO
được cải thiện về tỷ tệ hấp thu và dãi hấp thu cũng bao phủ khu vực nhiều năng lượng nhất trong
phổ ánh sáng mặt trời là vùng hồng ngoại và vùng nhìn thấy được. Ngồi ra, ở khu vực cực tím,
khả năng hấp thu của HfSeO cũng được nâng cao. Trong khi đó biến dạng kéo dãn làm tăng
năng lượng vùng cấm của HfSeO, đồng làm suy giãm khả năng hấp thu ánh sáng, và giảm độ
linh động điện tích.
Tài liệu tham khảo
[1]

Fang Q, Zhao X, Huang Y, Xu K, Min T, Chu P K and Ma F 2018 Interfacial electronic
states and self-formed p–n junctions in hydrogenated MoS2/SiC heterostructure J. Mater.
Chem. C 6 4523–30


[2]

Qiao M, Liu J, Wang Y, Li Y and Chen Z 2018 PdSeO3 Monolayer: Promising Inorganic
2D Photocatalyst for Direct Overall Water Splitting Without Using Sacrificial Reagents
and Cocatalysts J. Am. Chem. Soc. 140 12256–62

[3]

Wan Y, Wang L, Xu H, Wu X and Yang J 2020 A Simple Molecular Design Strategy for
Two-Dimensional Covalent Organic Framework Capable of Visible-Light-Driven Water
Splitting J. Am. Chem. Soc. 142 4508–16

[4]

Ju L, Shang J, Tang X and Kou L 2020 Tunable Photocatalytic Water Splitting by the
Ferroelectric Switch in a 2D AgBiP2Se6 Monolayer J. Am. Chem. Soc. 142 1492–500

[5]

Hu W, Lin L, Zhang R, Yang C and Yang J 2017 Highly Efficient Photocatalytic Water
Splitting over Edge-Modified Phosphorene Nanoribbons J. Am. Chem. Soc. 139 15429–36

[6]

Huang C, Chen C, Zhang M, Lin L, Ye X, Lin S, Antonietti M and Wang X 2015
Carbon-doped BN nanosheets for metal-free photoredox catalysis Nat. Commun. 6 7698

[7]

Roy T, Tosun M, Kang J S, Sachid A B, Desai S B, Hettick M, Hu C C and Javey A 2014

Field-Effect Transistors Built from All Two-Dimensional Material Components ACS
Nano 8 6259–64

[8]

Daus A, Vaziri S, Chen V, Köroğlu Ç, Grady R W, Bailey C S, Lee H R, Schauble K,
Brenner K and Pop E 2021 High-performance flexible nanoscale transistors based on
49


transition metal dichalcogenides Nat. Electron. 4 495–501
[9]

Mitta S B, Choi M S, Nipane A, Ali F, Kim C, Teherani J T, Hone J and Yoo W J 2020
Electrical characterization of 2D materials-based field-effect transistors 2D Mater. 8
12002

[10]

Maggini L and Ferreira R R 2021 2D material hybrid heterostructures: achievements and
challenges towards high throughput fabrication J. Mater. Chem. C 9 15721–34

[11]

Zhang X, Hou L, Ciesielski A and Samorì P 2016 2D Materials Beyond Graphene for
High-Performance Energy Storage Applications Adv. Energy Mater. 6 1600671

[12]

Mounet N, Gibertini M, Schwaller P, Campi D, Merkys A, Marrazzo A, Sohier T,

Castelli I E, Cepellotti A, Pizzi G and Marzari N 2018 Two-dimensional materials from
high-throughput computational exfoliation of experimentally known compounds Nat.
Nanotechnol. 13 246–52

[13]

Shi W, Fan K and Wang Z 2018 Catalytic activity for the hydrogen evolution reaction of
edges in Janus monolayer MoXY (X/Y = S, Se, and Te) Phys. Chem. Chem. Phys. 20
29423–9

[14]

Er D, Ye H, Frey N C, Kumar H, Lou J and Shenoy V B 2018 Prediction of Enhanced
Catalytic Activity for Hydrogen Evolution Reaction in Janus Transition Metal
Dichalcogenides Nano Lett. 18 3943–9

[15]

Nandi P, Rawat A, Ahammed R, Jena N and De Sarkar A 2021 Group-IV(A) Janus
dichalcogenide monolayers and their interfaces straddle gigantic shear and in-plane
piezoelectricity Nanoscale 13 5460–78

[16]

Ahammed R, Jena N, Rawat A, Mohanta M K, Dimple and De Sarkar A 2020 Ultrahigh
Out-of-Plane Piezoelectricity Meets Giant Rashba Effect in 2D Janus Monolayers and
Bilayers of Group IV Transition-Metal Trichalcogenides J. Phys. Chem. C 124 21250–60

[17]


Liu M-Y, Gong L, He Y and Cao C 2021 Tuning Rashba effect, band inversion, and spincharge conversion of Janus $X{\mathrm{Sn}}_{2}Y$ monolayers via an external field
Phys. Rev. B 103 75421

[18]

Liu X, Gao P, Hu W and Yang J 2020 Photogenerated-Carrier Separation and Transfer in
Two-Dimensional Janus Transition Metal Dichalcogenides and Graphene van der Waals
Sandwich Heterojunction Photovoltaic Cells J. Phys. Chem. Lett. 11 4070–9

[19]

Haman Z, Kibbou M, Bouziani I, Benhouria Y, Essaoudi I, Ainane A and Ahuja R 2021
Structural, electronic and optical properties of two-dimensional Janus transition metal
oxides MXO (M=Ti, Hf and Zr; X=S and Se) for photovoltaic and opto-electronic
applications Phys. B Condens. Matter 604 412621
50


[20]

Chen W, Hou X, Shi X and Pan H 2018 Two-Dimensional Janus Transition Metal Oxides
and Chalcogenides: Multifunctional Properties for Photocatalysts, Electronics, and Energy
Conversion ACS Appl. Mater. Interfaces 10 35289–95

[21]

Vo D D and Tuan V V 2022 Janus monolayer HfSO with improved optical properties as a
novel material for photovoltaic and photocatalyst applications New J. Chem.

[22]


Wang T, Su M, Jin H, Li J, Wan L and Wei Y 2020 Optical, Electronic, and Contact
Properties of Janus-MoSO/MoS2 Heterojunction J. Phys. Chem. C 124 15988–94

[23]

Chaurasiya R, Dixit A and Pandey R 2018 Strain-mediated stability and electronic
properties of WS2, Janus WSSe and WSe2 monolayers Superlattices Microstruct. 122
268–79

[24]

Vu T V, Tong H D, Tran D P, Binh N T T, Nguyen C V, Phuc H V, Do H M and Hieu N
N 2019 Electronic and optical properties of Janus ZrSSe by density functional theory RSC
Adv. 9 41058–65

[25]

Hai X, Chang K, Pang H, Li M, Li P, Liu H, Shi L and Ye J 2016 Engineering the Edges
of MoS2 (WS2) Crystals for Direct Exfoliation into Monolayers in Polar Micromolecular
Solvents J. Am. Chem. Soc. 138 14962–9

[26]

Shehzad M A, Hussain S, Lee J, Jung J, Lee N, Kim G and Seo Y 2017 Study of Grains
and Boundaries of Molybdenum Diselenide and Tungsten Diselenide Using Liquid
Crystal Nano Lett. 17 1474–81

[27]


Huang Y, Pan Y-H, Yang R, Bao L-H, Meng L, Luo H-L, Cai Y-Q, Liu G-D, Zhao W-J,
Zhou Z, Wu L-M, Zhu Z-L, Huang M, Liu L-W, Liu L, Cheng P, Wu K-H, Tian S-B, Gu
C-Z, Shi Y-G, Guo Y-F, Cheng Z G, Hu J-P, Zhao L, Yang G-H, Sutter E, Sutter P, Wang
Y-L, Ji W, Zhou X-J and Gao H-J 2020 Universal mechanical exfoliation of large-area 2D
crystals Nat. Commun. 11 2453

[28]

Zhang M, Zhu Y, Wang X, Feng Q, Qiao S, Wen W, Chen Y, Cui M, Zhang J, Cai C and
Xie L 2015 Controlled Synthesis of ZrS2 Monolayer and Few Layers on Hexagonal
Boron Nitride J. Am. Chem. Soc. 137 7051–4

[29]

Moustafa M, Zandt T, Janowitz C and Manzke R 2009 Growth and band gap
determination of the ${\text{ZrS}}_{x}{\text{Se}}_{2\ensuremath{-}x}$ single crystal
series Phys. Rev. B 80 35206

[30]

Kanazawa T, Amemiya T, Ishikawa A, Upadhyaya V, Tsuruta K, Tanaka T and
Miyamoto Y 2016 Few-layer HfS2 transistors Sci. Rep. 6 22277

[31]

Wang J, Li T, Wang Q, Wang W, Shi R, Wang N, Amini A and Cheng C 2020
Controlled growth of atomically thin transition metal dichalcogenides via chemical vapor
deposition method Mater. Today Adv. 8 100098
51



[32]

Kresse G and Furthmüller J 1996 Efficient iterative schemes for ab initio total-energy
calculations using a plane-wave basis set Phys. Rev. B 54 11169–86

[33]

Blöchl P E 1994 Projector augmented-wave method Phys. Rev. B 50 17953–79

[34]

Perdew J P, Burke K and Ernzerhof M 1996 Generalized Gradient Approximation Made
Simple Phys. Rev. Lett. 77 3865–8

[35]

Heyd J, Scuseria G E and Ernzerhof M 2003 Hybrid functionals based on a screened
Coulomb potential J. Chem. Phys. 118 8207–15

[36]

Togo A and Tanaka I 2015 First principles phonon calculations in materials science Scr.
Mater. 108 1–5

[37]

Wang Z 2018 2H → 1T′ phase transformation in Janus monolayer MoSSe and MoSTe:
an efficient hole injection contact for 2H-MoS2 J. Mater. Chem. C 6 13000–5


[38]

Shi W and Wang Z 2018 Mechanical and electronic properties of Janus monolayer
transition metal dichalcogenides J. Phys. Condens. Matter 30 215301

[39]

Alam Q, Idrees M, Muhammad S, Nguyen C V, Shafiq M, Saeed Y, Din H U and Amin
B 2021 Stacking effects in van der Waals heterostructures of blueP and Janus XYO (X =
Ti, Zr, Hf: Y = S, Se) monolayers RSC Adv. 11 12189–99

[40]

Guo Y-D, Zhang H-B, Zeng H-L, Da H-X, Yan X-H, Liu W-Y and Mou X-Y 2018 A
progressive metal–semiconductor transition in two-faced Janus monolayer transitionmetal chalcogenides Phys. Chem. Chem. Phys. 20 21113–8

[41]

Dong L, Lou J and Shenoy V B 2017 Large In-Plane and Vertical Piezoelectricity in
Janus Transition Metal Dichalchogenides ACS Nano 11 8242–8

[42]

Cruzado H N, Dizon J S C, Macam G M, Villaos R A B, Huynh T M D, Feng L-Y,
Huang Z-Q, Hsu C-H, Huang S-M, Lin H and Chuang F-C 2021 Band Engineering and
Van Hove Singularity on HfX2 Thin Films (X = S, Se, or Te) ACS Appl. Electron. Mater.
3 1071–9

[43]


Traving M, Seydel T, Kipp L, Skibowski M, Starrost F, Krasovskii E E, Perlov A and
Schattke W 2001 Combined photoemission and inverse photoemission study of
${\mathrm{HfS}}_{2}$ Phys. Rev. B 63 35107

[44]

Yue R, Barton A T, Zhu H, Azcatl A, Pena L F, Wang J, Peng X, Lu N, Cheng L, Addou
R, McDonnell S, Colombo L, Hsu J W P, Kim J, Kim M J, Wallace R M and Hinkle C L
2015 HfSe2 Thin Films: 2D Transition Metal Dichalcogenides Grown by Molecular Beam
Epitaxy ACS Nano 9 474–80

[45]

Shannon R D 1976 Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic
distances in halides and chalcogenides Acta Crystallogr. Sect. A 32 751–67
52


[46]

Guo S-D, Guo X-S, Han R-Y and Deng Y 2019 Predicted Janus SnSSe monolayer: a
comprehensive first-principles study Phys. Chem. Chem. Phys. 21 24620–8

[47]

Cadelano E, Palla P L, Giordano S and Colombo L 2010 Elastic properties of
hydrogenated graphene Phys. Rev. B 82 235414

[48]


Wang Z, Cheng C, Zhou H-X, Liu K and Zhou X-L 2021 Systematic investigations of the
electron, phonon, elastic and thermal properties of monolayer so-MoS2 by first-principles
calculations Appl. Surf. Sci. 539 148248

[49]

Andrew R C, Mapasha R E, Ukpong A M and Chetty N 2012 Mechanical properties of
graphene and boronitrene Phys. Rev. B 85 125428

[50]

Bafekry A, Faraji M, Fadlallah M M, Jappor H R, Karbasizadeh S, Ghergherehchi M,
Sarsari I A and Ziabari A A 2021 Novel two-dimensional AlSb and InSb monolayers with
a double-layer honeycomb structure: a first-principles study Phys. Chem. Chem. Phys. 23
18752–9

[51]

Vu T V, Phuc H V, Nguyen C V, Kartamyshev A I and Hieu N N 2021 A theoretical
study on elastic, electronic, transport, optical and thermoelectric properties of Janus SnSO
monolayer J. Phys. D. Appl. Phys. 54 475306

[52]

Kang J, Sahin H and Peeters F M 2015 Mechanical properties of monolayer sulphides: a
comparative study between MoS2, HfS2 and TiS3 Phys. Chem. Chem. Phys. 17 27742–9

[53]

Vu T V, Nguyen C V, Phuc H V, Lavrentyev A A, Khyzhun O Y, Hieu N V, Obeid M M,

Rai D P, Tong H D and Hieu N N 2021 Theoretical prediction of electronic, transport,
optical, and thermoelectric properties of Janus monolayers
${\mathrm{In}}_{2}X\mathrm{O}$ ($X=\mathrm{S},\mathrm{Se},\mathrm{Te}$)
Phys. Rev. B 103 85422

[54]

Procopio E F, Pedrosa R N, L. de Souza F A, Paz W S and Scopel W L 2020 Tuning the
photocatalytic water-splitting capability of two-dimensional α-In2Se3 by strain-driven
band gap engineering Phys. Chem. Chem. Phys. 22 3520–6

[55]

O’Donnell M, Jaynes E T and Miller J G 1981 Kramers–Kronig relationship between
ultrasonic attenuation and phase velocity J. Acoust. Soc. Am. 69 696–701

[56]

Duan X, Tang S and Huang Z 2021 Tuning the electronic properties of two dimensional
InSe/In2Se3 heterostructure via ferroelectric polarization and strain Comput. Mater. Sci.
200 110819

53