新闻网讯 12月23日，《应用物理评论》（Applied Physics Reviews）发表了物理学院高国营课题组题为"When Energy and Information Revolutions Meet 2D Janus"的综述，并被编辑选为Featured文章。物理学院2024级博士生张龙为第一作者。物理学院高义华教授、化学与化工学院院王得丽教授和布拉格查理大学何俊杰博士参与了讨论。

二维两面神(Janus)体系因其独特的空间对称性破缺结构，表现出新颖的物理与化学性质，近年来受到广泛关注。在后摩尔时代，能源危机、环境污染、以及集成电路面临的量子极限等问题日益凸显，二维Janus体系凭借其可调控的多重性质，被视为应对上述挑战的潜在平台之一。本综述系统梳理了二维Janus研究领域的重要进展。

主要包括以下几个方面：(1) 归纳了二维Janus材料的理论预测方法(涵盖量子力学计算、分子动力学、统计方法、数值分析与机器学习等)，实验制备技术(包括机械剥离、分子束外延、化学气相沉积、液相剥离与脉冲激光沉积等)，以及性能调控策略(如缺陷、异质结构和外场等)。(2) 总结了二维Janus材料在信息领域应用的潜力，涵盖：磁各向异性、磁态与临界温度、Dzyaloshinskii-Moriya相互作用、自旋极化、谷劈裂、以及Rashba、Dresselhaus与Zeeman效应等。对于一些二维磁性材料，结构Janus化能够稳定磁有序，翻转易磁化轴，提高磁转变温度，增强谷劈裂和产生Rashba效应等。这些物性可以通过外场和缺陷等手段进行有效调控。此外，在强自旋轨道耦合的二维Janus体系中可以实现较强的Dzyaloshinskii‑Moriya相互作用，应变、外电场和堆叠方式可以对该相互作用的大小乃至方向进行精准调控。(3) 概括了二维Janus材料在能源相关领域的光学、催化、热电、压电和电化学等方面的性质与应用。比如，结构Janus化可以增强声子非谐性，进而降低晶格热导率。也表现出优异的高次谐波响应。Janus结构的对称性破缺具有天然的内建电场，可以提高拉曼散射和表面等离子体共振。也可以在单原子层厚度下同时实现面内与面外压电响应，适用于微纳机电系统和传感器等领域。此外，异质结构和载流子掺杂能够有效提升Janus体系的催化性能。(4) 对二维Janus材料在在能源转换与存储、信息编码与传输等方面进行了总结与展望，指出未来需着力于多元结构探索、实验验证、以及产业化推进等方向。

图1：基于关键词“Janus”和“2D”的协同叠加可视化网。

图2：二维Janus家族从理论预测、实验制备到性能调控的研究链条。

图3：二维Janus家族的物性概览。

该综述构建了一个从理论到实验、从物性调控到多领域应用的知识体系。对光学、催化、热电、压电、磁与谷电子学等多个维度进行了深入剖析，为二维Janus体系的设计、调控与应用提供了系统性的学术参考，有望推动该体系在基础研究和实际应用的进一步发展。

论文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0306801