新型二維銅族硫族化合物的研究進展

劉 涵，高 蕾，薛宇飛，葉宇嬌，曾春華

(昆明理工大學物理與工程科學研究院/理學院，昆明 650500)

0 引 言

二維材料因其優異的特性和廣泛的應用前景而受到眾多研究學者的關注。相較于傳統的三維材料，二維材料因其納米級尺寸、超凡的電子特性、出色的機械性能等，被認為是制備下一代納米信息器件最有潛力的候選材料[1-2]。目前為止，被研究報道過的二維材料種類豐富[3-8]，不僅涵蓋了從絕緣體到金屬全部的電子性質，而且還表現出超導、拓撲、磁性等新奇物性，為制備下一代納米信息器件提供了豐富的選擇。絕緣性二維材料可以用于絕緣層；金屬性二維材料可以用于信息器件的電極，范德瓦耳斯異質結的干凈界面可以避免強烈的費米釘扎效應，從而獲得隨金屬功函數調控性較強的接觸勢壘；半導體性二維材料是制備信息器件的核心材料。半導體二維材料中以石墨烯[9-11]、過渡金屬二硫族化合物(TMDs)[12-15]、黑磷[16-18]等二維材料在信息器件方面最受關注。石墨烯的載流子遷移率極高，但沒有帶隙，其在電子器件方面的應用受限；TMDs家族成員數目龐大，其帶隙的可選擇性高，覆蓋了紅外和可見光區域，但載流子遷移率較低；黑磷有合適的帶隙且載流子遷移率也較高，但其空氣穩定性不佳。因而，人們在打開石墨烯帶隙、提高TMDs遷移率、增強黑磷穩定性等方面做了很多探索。除了對現有材料進行改性以外，尋找和開發新型二維材料是獲得符合應用預期性能的二維材料的另一有效途徑。

隨著分子束外延、濕法化學合成等自下而上制備方法的發展以及調控手段的提高，越來越多的新型二維材料被科學家們制備和發現。除了TMDs、黑磷等體相為層狀的二維材料被合成外，也有少量體相為非層狀的二維材料被合成，如硅烯、金屬氧化物[19-20]等。相比于體相本來就是層狀的二維材料而言，體相為非層狀的二維材料的相關研究仍然十分缺乏，為尋找新的具有優異性能的二維材料提供了新的方向。

近年來，體相非層狀的新型二維銅族(11族)硫族化合物逐漸走入研究人員的視野，銅族元素位于化學元素周期表中的11族，主要包括銅、銀和金等元素，這類材料在信息器件等領域表現出巨大的應用潛力。2017年，國內外科學家相繼在石墨烯基底上成功制備了單原子厚度的氧化銅(CuO)單層[21-22]。同年，Lin等[23]成功制備了具有三角形納米孔洞陣列的硒化銅(CuSe)單層，進一步研究顯示該材料是磁性原子、功能分子等選擇性吸附的理想模板，在高密度信息存儲方面有著巨大的潛力。隨后，具有一維摩爾條紋的CuSe單層[24]相繼被成功制備，在不考慮自旋軌道耦合(spin-orbit coupling, SOC)時CuSe單層具有狄拉克節線(Dirac nodal-line)拓撲特性。2019年，Dong等[25]與Liu等[26]相繼在Ag(111)基底上制備了碲化銀(AgTe)單層，這種材料存在拓撲非平凡邊緣態，具有很好的化學穩定性。2020年，Qian等[27]在石墨烯表面制備了半導體性的硒化亞銅(Cu2Se)單層。熱驅動下，室溫相與低溫相下的Cu2Se單層表現出間接-直接帶隙轉變，這種獨特的純熱結構相變特性也為其在熱相變領域(例如溫度傳感器等)中的應用提供了可能。隨后，具有類似原子結構的碲化亞銅(Cu2Te)單層[28]也成功地制備出來，它也是空氣穩定性很好的半導體材料。

在理論計算方面，新型二維銅族硫族化合物也取得了一些重要進展。2016年，Ma等[29]基于第一性原理計算，在M2Te(M=Cu, Ag)單層中發現了拓撲性，且Ag2Te單層具有150 meV的非平庸帶隙，是在室溫下觀測量子自旋霍爾效應的理想模型。2018年，陳氏絕緣體β-Cu2S/MnSe異質結構[30]被報道，其具有自旋極化的手性邊緣態，不同原子結構的δ-Cu2S單層[31]也在次年被推測為穩定結構，該材料是一種具有高遷移率和抗氧化性的半導體。2019年，Peng等[32]通過第一性原理計算，報道了平面內和平面外都具有較大負泊松比的半導體拉脹材料——硫化亞銀(Ag2S)單層，Ag2S單層在電子和機械領域具有應用潛力。同年Wu等[33]預測了可以穩定存在的半導體硫化金(AuS)單層與硫化亞金(Au2S)單層，較高的載流子遷移率與良好的抗氧化性，使其在未來的納米電子學中有很大的應用前景。

從現有的報道來看，體相非層狀的新型二維材料銅族硫族化合物具有豐富的新奇物性且在信息器件方面也存在著巨大的應用前景。可以相信隨著研究的繼續深入，新型二維銅族硫族化合物必將成為二維材料研究領域的重要組成部分，值得人們關注。本文以化學計量比為主線，分別對已報道的MX單層(M=Cu,Ag,Au; X=O,S,Se,Te)、M2X單層以及其他化學計量比的銅族硫族化合物單層的原子結構與物理性質等進行介紹，并對本文內容進行了總結，同時對二維銅族硫族化合物未來的研究方向和前景進行了展望。

1 MX單層的原子結構和物理性質

目前為止，已報道的二維銅族硫族化合物MX(M=Cu, Ag, Au; X=O, S, Se, Te)單層有CuO、CuSe、AgTe、CuS、AuS等。

1.1 實驗合成的CuO單層

氧化銅(CuO)單層作為MX單層的一員，因其具有寬帶隙半導體性和不同于體相CuO的反鐵磁自旋有序性，引起了研究人員的注意。利用沉積法和電子束輻照，Yin等[21](2016年)與Kano等[22](2017年)相繼在石墨烯基底上成功制備了CuO單層。圖1(a)和(c)分別是兩位研究人員的CuO單層的掃描透射電子顯微鏡(STEM)表征，CuO單層表現出正方晶格結構，Cu—Cu鍵長約0.27 nm。圖1(b)和(d)是密度泛函理論(density functional theory, DFT)計算模擬的原子結構，結果顯示CuO單層與石墨烯基底為弱相互作用。

基于DFT理論計算，Yin等[21]發現兩種結構相似但磁有序不同的CuO單層，分別為D型和G型反鐵磁有序。如圖2的能帶結構所示，D-CuO單層是具有3.37 eV間接帶隙的半導體，而G-CuO單層表現為金屬性。磁有序結構的變化會引起CuO單層發生半導體至金屬的轉變。Kano等[22]的研究也證實了二維CuO具有寬禁帶和反鐵磁基態，與上述探究結果基本相同。

1.2 實驗合成的CuSe和AgTe單層

不同于上述CuO單層的正方晶格結構，硒化銅(CuSe)單層表現出與石墨烯相似的六角蜂窩狀結構。2017年，Lin等[23]通過沉積法，直接硒化Cu(111)基底，首次合成了具有周期性納米孔洞的CuSe單層。如圖3(a)～(c)所示，周期性納米孔洞為三角形，呈現六角密排分布，周期約為3 nm，存在兩種方向相反的取向。在兩種方向相反的三角形孔洞的邊界處，會形成四邊形孔洞。此外，具有周期性納米孔洞結構的CuSe單層是進行原子或分子選擇性吸附的理想模板。如圖3(d)所示，當具有磁性的Fe原子沉積到周期性孔洞CuSe表面時，會在CuSe三角形納米孔洞中形成“W”形Fe13Se5島。

隨后，Gao等[24]通過調節Se原子的沉積量,在Cu(111)基底上成功制備出了不具有周期性納米孔洞的六角蜂窩狀CuSe單層。如圖3(e)和(f)所示，掃描隧道顯微鏡(STM)圖像顯示該CuSe單層具有明顯的一維摩爾條紋，進一步的理論計算證實一維摩爾條紋是CuSe單層沿著Cu(111)高對稱方向拉伸后與基底形成的。

與CuSe單層實驗制備過程極為相似，2019年，Dong等與Liu等通過直接碲化Ag(111)基底，相繼制備出了碲化銀(AgTe)單層[25-26]。如圖4所示，AgTe具有與CuSe類似的六角蜂窩狀結構，且存在著明顯的一維摩爾條紋。

CuSe和AgTe單層均具有金屬性。在費米面附近的CuSe單層具有受面外鏡面對稱保護的圍繞著Γ點的兩個閉合狄拉克節線環，構成這兩個閉合的狄拉克節線環的三條能帶中，兩條開口向下和一條開口向上的能帶分別由CuSe的平面內軌道(Se px/py和Cu dxy/dx2-y2)和平面外軌道(Se pz和 Cu dxz/dyz)貢獻[24]。如圖5(a)和(b)所示，在不考慮SOC時，平面內和平面外軌道相對于面外鏡面對稱分別表現為偶函數和奇函數。奇偶性不同的開口向上的能帶與兩條開口向下的能帶相交，從而形成兩個閉合的狄拉克節線環。如圖5(c)和(d)所示，若考慮SOC，上述的鏡面對稱保護被破壞，兩個狄拉克節線環會打開能隙，且在帶隙內會出現拓撲非平庸的邊界態。此外，Liu等[26]發現AgTe單層也表現出類似的狄拉克節線特性,如圖5(e)～(h)所示。

CuSe/Cu(111)樣品的角分辨光電子能譜(angle-resolved photoemission spectroscopy, ARPES)表征和能帶計算，如圖6(a)和(b)所示。遺憾的是，Cu(111)上生長的CuSe并不具有狄拉克節線特性。由于CuSe與Cu(111)基底的強相互作用，使得由平面外軌道貢獻的開口向上的特征能帶消失，CuSe的狄拉克節線特性并沒有保持下來。AgTe/Ag(111)樣品的ARPES表征也沒有觀測到狄拉克節線費米子特性。因此Gao等通過第一性原理計算研究了石墨烯上的CuSe特性。如圖6(c)和(d)所示，CuSe與石墨烯表現出弱相互作用，狄拉克節線特性被很好地保持了下來，可以期待其在二維狄拉克節線特性方面的研究。

在Gao等的基礎上，An等[34]系統地研究了CuSe單層在鋸齒型(z)和扶手型(a)方向上的電子輸運和光電性質。如圖7(a)所示，CuSe單層在a、z兩個垂直方向上表現出強烈的電各向異性。CuSe單層沿鋸齒型方向(X軸)的電導率比扶手椅(Y軸)方向更高，其電流各向異性比η=Iz/Ia約為2(Iz和Ia分別指z-CuSe和a-CuSe的電流)。負微分電阻效應是電子材料的一個重要特征，如圖7(b)所示，當偏壓超過1.0 V時，z-CuSe和a-CuSe都具有顯著的負微分電阻效應。二者的電導隨著偏壓的增加而逐漸減小，并在特定的高偏壓下收斂到幾乎為零。此外，CuSe單層對橙色光表現出很大的光吸收系數，如圖7(c)所示。結果證實CuSe單層是一種很有前途的光電探測器候選器件，例如檢測橙光和紅外光。

1.3 理論預測的CuS、AuS單層

除了實驗合成外，MX單層理論預測方面也取得了較大進展。2016年，Soares等[40-41]理論預測具有三個原子層厚度(3L)的硫化銅(CuS)單層可以穩定存在，厚度約為0.773 nm，其結構如圖9(a)所示。2019年，Wu等[33]利用粒子群優化算法理論預測了三種結構穩定的硫化銀(AuS)單層，即α/β/γ-AuS，其結構分別如圖9(b)～(d)所示，其高度分別為h3=0.234 nm、h4=0.312 nm和h5=0.148 nm。

3L-CuS是一種金屬抗磁材料，其能帶結構如圖10(a)所示，有四條橫跨費米能級的能帶。彈性模量反映了材料的彈性或剛度，而柔性材料的彈性模量較低。計算結果表明3L-CuS的雙軸彈性模量為～551 GPa，約為石墨烯彈性模量(1 000 GPa)的一半[42]，是單層MoS2彈性模量(270 GPa)的兩倍[43-46]。與3L-CuS的金屬性不同，AuS單層的α、β和γ相均表現出半導體性質，間接帶隙分別為2.06 eV、1.61 eV和3.02 eV，如圖10(b)～(d)所示[33]，其中γ-AuS單層的直接間隙和間接間隙(3.03 eV和3.02 eV)幾乎相同。由于AuS的體相為非層狀結構，實驗研究人員可以通過化學氣相沉積法去嘗試合成這些材料，該方法已被廣泛應用于探索新的二維材料[47-48]。

2 M2X單層的原子結構和物理性質

已報道的二維銅族硫族化合物M2X單層有Cu2Se、Cu2S、Ag2Te、Ag2S、Au2S等，根據結構、物性以及實驗制備與預測情況等，現將二維銅族硫族化合物M2X單層總結歸納為以下三類進行介紹：(1)實驗合成的半導體性M2X單層；(2)理論預測的半導體性M2X單層；(3)理論預測的拓撲性M2X單層。

2.1 實驗合成的半導體性M2X單層

基于實驗合成技術的發展，一些具有半導體特性的二維銅族硫族化合物M2X單層被成功制備，例如Cu2Se、Cu2Te單層等。

2.1.1 Cu2Se單層

2.1.2 Cu2Te單層

利用與Cu2Se單層類似的實驗制備方法，Qian等[28]在雙層石墨烯/SiC(0001)基底上成功制備出了碲化亞銅(Cu2Te)單層。其室溫下的STM表征、STM模擬、原子結構分別如圖13(a)～(c)所示，室溫下Cu2Te單層的結構與室溫相γ-Cu2Se的結構類似，晶格常數約為0.38 nm。沿Γ-K方向，Cu2Te單層的ARPES與DFT理論計算下的能帶結構很好地吻合，如圖13(d)和(e)所示，在費米面附近Cu2Te單層表現出兩條簡并的能帶。

室溫條件下，雙層石墨烯/SiC(0001)基底上制備的Cu2X(X=Se, Te)單層有著類似的結構，即六個原子層厚度(X-Cu-Cu-Cu-Cu-X)的三明治結構單層。此外，Cu2Se和Cu2Te具有很好的空氣穩定性，且均表現為半導體性，在未來納米器件等方面可能存在著較大的潛力，值得人們關注。

2.2 理論預測的半導體性M2X單層

除了實驗上合成的半導體性M2X單層外，理論上也預測了一些半導體性M2X單層，如Cu2S、Ag2S、Au2S等。

2.2.1 δ-Cu2S單層

2019年，Guo等預測硫化亞銅(δ-Cu2S)單層[31]可以穩定存在。其原子結構如圖14(a)所示，具有正方形結構，晶格常數a=0.5 nm，厚度h=0.26 nm。如圖14(b)所示，δ-Cu2S單層是直接帶隙為1.26 eV的半導體。1.98 eV的相對較高的活化能在動力學上阻礙了O2在δ-Cu2S的上解離和化學吸附，使得δ-Cu2S具有很好的抗氧化性。此外，δ-Cu2S單層具有高達～6 880 cm2·V-1·s-1的電子遷移率，這類電子和空穴遷移率之間存在巨大差異的材料，有助于其在太陽能轉換應用中的電子和空穴的有效分離。

2.2.2 Ag2S單層

同年，Peng等報道了鋸齒形層狀結構的硫化亞銀(Ag2S)單層[32]，如圖15(a)所示，其晶格常數a=0.65 nm，b=0.47 nm。如圖15(b)和(c)所示，Ag2S單層是間接帶隙為2.84 eV的半導體，當施加壓縮應變或者大于15%的拉伸應變，可以將其調節為直接帶隙半導體。通過計算平面內彈性模量Y(θ)和泊松比v(θ)，Peng等研究了單層Ag2S的力學性質。如圖15(d)和(e)所示，Ag2S單層在x方向產生了較低的彈性模量，具有較強的抗應變性。此外，Ag2S單層在平面內和平面外都具有較大負泊松比，其負泊松比最大值遠大于α-磷烯(-0.027)[51-52]和SnSe(-0.17)[53]。這些新穎的特性使得Ag2S單層在電子和機械領域都將成為一種很有前途的拉脹材料。

2.2.3 Au2S單層

2019年，Wu等利用粒子群優化算法預測了兩種結構穩定的α/β-Au2S單層[33]。如圖16(a)和(b)的原子結構所示，α/β-Au2S單層的空間群均為P4/nmm，其中α-Au2S單層為3個原子層厚度(h1= 0.26 nm)，β-Au2S單層為5個原子層厚度(h2= 0.51 nm)。如圖16(c)和(d)所示，α-Au2S單層是直接帶隙為1.00 eV的半導體，β-Au2S單層是間接帶隙為3.54 eV的半導體。此外，α-Au2S單層表現出很好的抗氧化性，電子和空穴遷移率分別為8.45×104cm2·V-1·s-1和0.40×104cm2·V-1·s-1，高達104的載流子遷移率使其非常適合電子領域的應用。

此外，2020年Gao等預測了一組半導體M2X(M=Cu,Ag,Au；X=S,Se,Te)[54]，在這些M2X單層的不同同素異形體中，θ-Cu2S、ζ-Cu2Se、ζ-Cu2Te、η-Ag2S、η-Ag2Se、ζ-Ag2Te、τ-Au2S、η-Au2Se和ε-Au2Te單層表現出熱力學穩定和出色的抗氧化性。這些M2X單層具有廣泛的帶隙(0.49～3.76 eV)以及103～104cm2·V-1·s-1的載流子遷移率，在納米電子學和光電學中的都表現出巨大的應用潛力。

與實驗上已經合成的Cu2Se和Cu2Te單層的原子結構類似，上述理論預測的單層均具有非金屬原子夾著金屬原子的多原子層三明治結構，且有著豐富物性，在未來納米器件等方面有著很好的應用前景，值得人們關注。

2.3 理論預測的拓撲性M2X單層

除了半導體性M2X單層外，理論上還預測了一些拓撲性M2X單層，如M2Te(M=Cu, Ag)、Cu2S單層等。

2.3.1 M2Te(M=Cu, Ag)單層

2016年，Ma等報道了具有拓撲性的M2Te(M=Cu, Ag)單層。不同于Qian等實驗制備的六原子層厚度Cu2Te單層[28]。空間群為P6mm的Cu2Te和Ag2Te單層的晶格常數分別為0.44 nm和0.49 nm。如圖17(a)所示，M2Te單層具有雙原子層厚度，Te位于Cu/Ag構成的六角結構中央，且兩個原子平面存在一定的起伏高度。其能帶結構分別如圖17(b)～(d)所示，Cu2Te和Ag2Te單層的拓撲非平庸帶隙分別為78 meV和150 meV[29]。值得注意的是，Ag2Te單層的非平庸帶隙很大，有望在室溫下觀測到量子自旋霍爾效應。

2.3.2 β-Cu2S單層

實驗室中已經制備了特別薄的β-Cu2S薄膜[55-56]，這類結構通常存在固-液雜化相中。β-Cu2S單層和MnSe(111)表面匹配良好(2%的失配率)，2018年，Xue等[30]對MnSe(111)表面構建的β-Cu2S單層異質結的拓撲物性進行了報道。β-Cu2S/MnSe(111)的原子結構如圖18(a)和(b)所示，S位于Cu組成的六角結構的中央，且最下面一層Cu原子層與MnSe(111)表面的距離為0.14 nm，形成了化學鍵。體相MnSe的(111)表面中的Mn原子形成鐵磁三角形晶格，而相鄰的兩個Mn(111)之間包含一個Se面，形成了反鐵磁結構。使得Cu2S單層可以通過鄰近效應被最上面的鐵磁Mn平面磁化。進一步的計算表明β-Cu2S/MnSe(111)為磁性體系，且有著拓撲非平庸特性。如圖18(c)～(e)所示，作為陳氏絕緣體，其存在著自旋極化的手性邊緣態。這些結果表明，β-Cu2S/MnSe在自旋電子納米器件等方面存在著較大的潛力，值得人們關注。

3 其他化學計量比的銅族硫族化合物

除了1∶1和2∶1兩種主要的化學計量比以外，還有一些其他化學計量比的銅硫族化合物在理論上被預測，如Au6S2、Ag6S2單層等。

2017年，Wu等預測了兩種不同結構的二硫化六金(Au6S2)單層[57]，即G-Au6S2和T-Au6S2。如圖19(a)所示，G-Au6S2單層的晶格結構可視為S-Au鏈與四個Au原子(Au4團簇)并聯構成，其晶格常數a=0.441 nm，b=0.575 nm，垂直高度h=0.551 nm。亞穩態的T-Au6S2單層結構則與T-MoS2單層結構極為相似，如圖19(b)所示，T-Au6S2單層結構可視為每個Mo原子都被六個Au原子(八面體Au6團簇)取代，其晶格常數a=b=0.575 nm，垂直高度h=0.551 nm。Au6S2單層的能帶結構和態密度如圖19(c)和(d)所示，G-Au6S2單層為金屬，而T-Au6S2單層是直接帶隙為1.48 eV的半導體。此外，T-Au6S2表現出了幾乎覆蓋了整個可見光范圍的光吸收，如圖19(e)所示。

2019年，Ersan等[58]報道了半導體性的二硫化六銀(Ag6S2)單層。其原子結構如圖19(f)所示，Ag6S2單層與T-Au6S2單層的結構類似，由兩個S原子層夾著八面體Ag6團簇組成，晶格常數a=b=0.592 nm。進一步計算表明該Ag6S2單層是直接帶隙為2.64 eV的半導體，如圖19(g)所示。在應力作用下，其帶隙會發生直接-間接的轉變。Ag6S2單層與硅烯有較好的晶格匹配度，使得其有機會以硅烯為襯底進行實驗合成。因此，Au6S2與Ag6S2單層在未來半導體和光電子器件領域都具有很大的潛力，值得人們關注。

4 結語與展望

近年來，二維銅族硫族化合物取得了一些重大突破，實驗上成功制備了單層CuSe、AgTe、Cu2Se等，理論上也預測了單層Cu2S、Ag2S等可以穩定存在。這些新型二維銅族硫族化合物展示了豐富的新奇物性和可應用于納米信息器件的潛力，吸引了國內外研究人員的關注。本文聚焦新型二維銅族硫族化合物，以化學計量比為主線，系統地對近些年的新型二維銅族硫族化合物的原子結構及豐富物性進行分類和簡要介紹。由于體相非層狀，二維銅族硫族化合物無法通過其體相剝離獲得，因此現報道的二維銅族硫族化合物擁有著差異很大的原子結構，例如CuSe具有單個原子層厚度的六角蜂窩狀結構、Cu2S具有三個原子層厚度的四方結構、Cu2Se室溫下具有六個原子層厚度的六角蜂窩狀結構等。盡管已報道的二維銅族硫族化合物具有不同的穩定構型，但大多數都表現為最外層由非金屬元素包裹的層狀結構，類似的結構使得其具有良好的抗氧化性和環境穩定性。

迄今為止，體相非層狀的新型二維銅族硫族化合物具有豐富的新奇物性且在信息器件方面也存在著巨大的應用前景。然而，對其研究還處于起步階段，尚有許多重要的科學問題亟待解決，主要包括以下3點：

(1)實驗上已合成的新型二維銅族硫族化合物CuSe、AgTe、Cu2Se等在信息器件中有哪些潛在應用，其性能如何。具有天然納米孔洞陣列的CuSe單層，是磁性原子等選擇性吸附的理想模板，在高密度信息存儲方面有著巨大的潛力；單層Cu2Se是空氣穩定性很好的半導體，具有熱驅動相變特性；單層Cu2S是具有高遷移率和抗氧化性的半導體材料等。然而，目前對這些實驗上已經合成的新型二維銅族硫族化合物的報道還遠遠不夠，它們豐富的物性和各個領域應用潛力還在等待研究人員深入挖掘，從而早日實現現實應用。

(2)理論預測結構穩定的新型二維銅族硫族化合物AuS、Cu2S等，可以在哪些基底上通過外延生長制備獲得。隨著分子束外延方法等實驗技術的發展，越來越多的二維材料被成功制備。目前已經在實驗上制備基于金屬基底制備的二維銅族硫族化合物，由于與金屬的強相互作用，CuSe、AgTe等樣品的狄拉克節線拓撲物性被破壞。而選擇石墨烯等弱相互作用基底時CuSe的狄拉克節線拓撲物性不會被破壞。因此如何選合適的基底材料或是選擇其他合適的實驗制備方式，仍是限制二維銅族硫族化合物發展的因素之一。

(3)還有哪些二維銅族硫族化合物可以穩定存在，其最穩定結構是什么樣的。由于體相非層狀、二維銅族硫族化合物表現出多種理論可能存在構型，研究人員在預測二維銅族硫族化合物穩定構型時困難重重。事實上，Cu、Ag、Au失電子能力依次下降，S、Se、Te得電子能力依次減弱。以部分M2X單層的結構為例，二維銅族硫族化合物的理論穩定或亞穩定構型的形成可能與組成其的陽離子(陰離子)得失電子的能力有關，而這仍需更多的實驗和理論研究。