近日，吉林大学物理学院研究团队在极性多谷二维半导体载流子输运理论方面取得进展。相关成果以High-Carrier Mobility Screening of Polar Multivalley Two-Dimensional Alkaline Earth Monohalides为题，发表于《Applied Physics Reviews》。该二维碱土金属单卤化物家族由课题组刘林林等前期预测，本工作在此基础上注意到其高迁移率潜力，并进一步开展输运研究。二维半导体迁移率筛选常依赖形变势近似，但多谷简并和极性声子散射会使传统估算偏离真实输运。

针对这一问题，研究团队依据诺伊曼原理，将所有对称等价能谷的贡献纳入统一的迁移率张量。单个能谷虽可表现出明显的方向差异，但全部等价能谷共同贡献后，六角晶格的宏观迁移率满足：

其中， 为单位矩阵。该结果恢复了面内迁移率的各向同性，避免了传统单谷处理产生的非物理结果，并使形变势近似更适合用于快速筛选。

二维碱土金属单卤化物的结构特征与极性声子限制下的载流子输运

在此基础上，团队建立了分层筛选流程：先用对称性修正的形变势理论低成本筛选，再用完整的第一性原理电子声子耦合计算检验候选材料。对碱土金属单卤化物的计算表明，极性纵向光学声子是限制迁移率的关键因素，传统形变势近似给出的高数值更多代表乐观上界。

经过严格计算，CaI和SrI的电子和空穴迁移率均保持较高水平：室温电子迁移率分别约为180和270 cm² V⁻¹ s⁻¹，空穴迁移率分别约为93和149 cm² V⁻¹ s⁻¹。这主要得益于较小的有效质量和更强的介电屏蔽。该研究以理论修正为基础、以精确计算为验证，为极性多谷二维半导体的高迁移率筛选提供了更稳健的框架。

高仕馨与宋晨楠为论文共同第一作者，付钰豪与谢禹为共同通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0321938