Electronic and optical properties of arsenic monolayers: from planar honeycomb to the puckered phase
Case Western Reserve University（凯斯西储大学）
研究砷单层在不同相（平面和凹陷结构）中的电子和光学性质，采用DFT和QS$GW$方法，探讨自旋轨道耦合和轨道组成的影响，分析光响应和激子起源。
2026-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Topological phases in Bi/Sb planar and buckled honeycomb monolayers
我们研究了二维Bi/Sb蜂窝晶体中的拓扑相，考虑平面、屈曲、独立和沉积在衬底上的结构。我们使用多轨道紧束缚模型，并与密度泛函理论方法的结果进行比较。我们通过计算拓扑不变量来区分拓扑相位，分析带状几何中系统的边缘态，并通过观察它们的纠缠谱。我们发现，弱耦合到衬底的屈曲和平面晶体是足以导致过渡到$Z_2$拓扑绝缘体相。拓扑晶体绝缘体（TCI）相在半无限几何和纠缠谱中表现出一对边缘态。输运计算TCI阶段显示强大的量子化电导，即使在存在的破坏性障碍。
2018-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Orbital-driven Rashba effect in a binary honeycomb monolayer AgTe
拉什巴效应是二维电子系统物理学的基础，也是各种自旋电子现象的基础。有人提出，Rashba型自旋劈裂的形成在微观上起源于Bloch波函数中轨道角动量的存在。在这里，我们提出了详细的实验证据，这种OAM为基础的起源的Rashba效应的角分辨光电子能谱（ARPES）和双光子光电子能谱（2PPE）实验的单层AgTe在Ag（111）。使用定量的低能电子衍射（LEED）分析，我们确定的结构参数和堆叠的蜂窝覆盖层与皮米精度。基于ARPES中的轨道对称性分析和第一性原理计算的支持，我们明确地将AgTe不同能带中Rashba型自旋分裂的存在和不存在与OAM的存在联系起来。
2019-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Band crossings in honeycomb-layered transition metal compounds
具有特殊能带交叉的二维电子色散为实现物质的拓扑相提供了一个平台。在这里，我们从理论上表明，蜂窝状层状过渡金属化合物的$e_g$轨道流形容纳了过多的特殊带交叉，如多狄拉克点节点，二次带交叉，和线节点。从紧束缚分析，我们发现，能带拓扑结构系统地改变了轨道相关的转移积分的蜂窝网络的边共享八面体，这可以调制的扭曲的八面体以及化学取代。自旋轨道耦合使能带交叉产生缺口，从而产生由自旋陈数区分的各种拓扑相。结果提供了一个全面的了解以前的研究各种蜂窝化合物。我们还提出了另一个候选材料的从头计算。
2019-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Van der Waals heteroepitaxial growth of monolayer Sb in puckered honeycomb structure
原子薄二维晶体由于其对未来电子技术的潜在影响以及在这些材料中出现的奇异现象而受到极大的关注。α相Sb（α-锑烯）的单层具有与黑磷相同的褶皱结构，被预测为稳定且具有宝贵的性质。然而，实验实现仍然具有挑战性。在这里，我们成功地生长了高质量的单层α-锑烯，厚度得到了精细的控制。α-锑烯在暴露于空气时表现出很大的稳定性。结合扫描隧道显微镜、密度泛函理论计算和输运测量，发现穿过费米能级的电子带呈现线性色散，有效质量较小，具有良好的导电性。所有这些性质使得α-锑烯在未来的电子应用中具有广阔的前景。
2019-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Structure and basic magnetic properties of the honeycomb lattice compounds Na2Co2TeO6 and Na3Co2SbO6
报道了Na_2Co_2TeO_6和Na_3Co_2SbO_6的合成、结构和基本磁性。用中子粉末衍射测定了晶体结构。Na 2Co 2 TeO 6具有双层六方结构（空间群P6322），而Na 3Co 2SbO 6具有单层单斜结构（空间群C2/m）。Co、Te和Sb离子处于八面体配位，并且共享八面体的边缘形成由钠离子交错的平面。这两种化合物都具有ab平面中的Co 2+和Te 6 +/Sb 5+离子的完全有序性，使得Co 2+离子形成蜂窝阵列;蜂窝阵列的堆叠在两种化合物中不同。Na 2Co 2 TeO 6和Na 3Co 2SbO 6在低温下都表现出反铁磁有序，Na 3Co 2SbO 6表现出变磁转变。
2006-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Topological insulators vs. topological Dirac semimetals in honeycomb compounds
材料有趣的物理性质源于它们的化学成分，而它们之间的联系往往不清楚。在这里，我们揭示了蜂窝ABX结构中的两个量子相的一般化学分类--拓扑绝缘体（TI）和拓扑狄拉克半金属（TDSM）。首先，我们发现在816（现有的以及假设的）计算的化合物，160 TI的（没有注意到之前），96 TDSM的，282正常绝缘体（NI的），和278金属。第二，基于这种分类，我们已经提炼出一个简单的化学规律，基于化合物公式的TI和TDSM之间的选择性：属于TDSM的ABX化合物具有B原子，（BX蜂窝层的一部分），其来自周期表第XI列（Cu，Ag，Au）或XII（Zn，Cd，Hg）或Mg（II族），而其B原子来自I列（Li，Na，K，Rb，Cs）或II列（Ca，Sr，Ba）的ABX化合物是TI。第三，聚焦于化学稳定的ABX Bismide化合物，我们发现了同时提供拓扑绝缘和稳定性的结构基序。这项研究开辟了一条道路，同时设计新的拓扑材料的基础上的组成规则在这里指出。
2018-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Comprehensive search for buckled honeycomb binary compounds based on noble metals (Cu, Ag, and Au)
蜂窝结构是二维材料中常见的结构形式。最近合成了具有屈曲蜂窝结构的CuAu，这是第一例二维金属间化合物。在这里，二维$AX$的BHC结构，其中$A=$铜，银，金和$X$是在周期表中的金属元素的动力学稳定性，系统地研究通过计算声子色散的第一性原理。在135个$AX$中，超过50个$AX$被识别为动态稳定的。此外，（i）之间的动态稳定性和形成能的关系，（ii）之间的相关性的动态稳定性的不同成分$A$，（iii）的晶格参数的趋势，和（iv）的电子和磁性进行了讨论。此外，B11型AuZr的稳定相预测的基础上的结果（ii）和二维和三维结构之间的稳定性关系。目前的研究结果刺激了未来探索2D金属间化合物的物理和化学的研究。
2021-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Strain-tunable band parameters of ZnO monolayer in graphene-like honeycomb structure
我们提出的从头计算结果表明，直接带隙，有效质量和载流子在ZnO单层（ML-ZnO）的石墨烯蜂窝结构中的费米速度都是可调的应用面内均匀双轴应变。在我们模拟的$\pm 10$ %的应变极限内，带隙保持直接，并显示出随应变的强非线性变化。此外，未应变的ML-ZnO中的电子的平均费米速度与石墨烯中的相同数量级。研究结果表明，ML-ZnO在机电/应变电子学和其他纳米器件如纳米机电系统（NEMS）和纳米光机械系统（NOMS）中具有潜在的应用前景。
2012-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional Honeycomb Monolayer of Nitrogen Group Elements and the Related Nano-Structure: A First-Principle Study
二维材料由于其新颖的物理性质而引起了人们的极大关注。从第一性原理计算和振动频率分析，我们预测了一类基于八重态稳定性思想的新的二维材料：氮、磷、砷、锑、铋的蜂窝晶格。材料的屈曲结构来自于sp3杂化。这些材料的间接带隙范围为0.43eV至3.7eV。通过对投影态密度的分析，我们认为在紧束缚模型下，s轨道和p轨道合在一起足以描述电子结构，紧束缚参数是通过对能带结构进行第一性原理拟合得到的.令人惊讶的大的现场自旋轨道耦合被发现为所有的氮族元素晶格，除了氮。对锯齿型和扶手椅型纳米带的电子结构的研究揭示了在某些情况下可能存在自旋极化的铁磁边缘态，这在一维系统中是罕见的。这些边态和磁性可能在高真空低温条件下存在。这一新材料家族将在电子、光学、传感器和太阳能电池方面有着广阔的应用前景。
2015-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Metastable piezoelectric group IV monochalcogenide monolayers with a buckled honeycomb structure
12个二维IV族单硫族化合物单层（SiS，SiSe，SiTe，GeS，GeSe，GeTe，SnS，SnSe，SnTe，PbS，PbSe和PbTe）具有屈曲的蜂窝状原子结构-属于对称群P3 m1-和面外本征电极化的强度被证明是亚稳态的三个独立的方法。首先，我们发现了一个低屈曲蜂窝结构的低能量Pnm 2 $_1$（或Pmmn的PbS，PbSe，和PbTe）相估计{ \em能量障碍} $E_B$，必须克服在这种结构转换的协调保持结构转换。利用局部极小值的曲率和$E_B$作为Kramers逃逸公式的输入，发现了大的逃逸时间，这意味着屈曲蜂窝相的结构亚稳性（然而，除了PbS和PbSe，这些相显示的逃逸时间从700年到宇宙年龄的数倍不等，并且只能在相对意义上被认为是“稳定”的）。第二个证明是由声子色散关系，包括长程库仑力的影响，并显示没有负的振动模式。第三和最后的结构亚稳性的演示提供了室温{ \em从头计算}分子动力学为选定的化合物。电子带隙的大小随化学成分而变化。不同于其他二元二维化合物，如过渡金属二硫属化物单层和六方氮化硼单层，只开发一个平面内的压电响应，12个IV族单硫属化物单层与屈曲蜂窝结构也显示出平面外的压电性能。
2021-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiple Dirac Cones and Topological Magnetism in Honeycomb-Monolayer Transition Metal Trichalcogenides
单层石墨烯的发现开创了现代凝聚态物理的两个丰富领域：狄拉克半金属和原子级薄层材料。当这些趋势在具有自旋和轨道自由度以及强电子相关性的过渡金属化合物中再次相遇时，预计在物质拓扑态和莫特物理学的截面中会出现更多奇特的现象。在这里，我们表明，通过使用从头计算，单层形式的过渡金属trichalcogenides（TMTs），它具有蜂窝网络的过渡金属阳离子，可以表现出多个狄拉克锥与可调间隙的电子结构。此外，我们阐明了电子关联和载流子掺杂使多狄拉克半金属成为具有高陈数的拓扑铁磁体。我们的研究结果提出了蜂窝单层TMT的一个新的范式，探索相关的狄拉克电子和拓扑非平凡的磁性。反过来，这些材料独特的广泛特性将为原子级薄异质结构提供新的构建模块。
2018-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Two Dimensional Allotropes of Arsenene with Wide Range of High and Anisotropic Carrier Mobility
考虑到近年来用于制造2D材料的实验技术的快速发展，期望在不久的将来实验实现各种单层。受蜂窝状单分子膜研究的启发，利用第一性原理计算研究了非蜂窝状和多孔同素异形单分子膜的稳定性和载流子迁移率.除了五个蜂窝结构的砷烯，共八个其他结构被认为是在这项研究中。一个广泛的分析，包括能量，声子谱和力学性能证实，这些结构是能量和动态稳定。所有这些结构都是半导体，其带隙范围从约1 eV到约2.5 eV不等。值得注意的是，这些单层同素异形体具有高达几百cm^{2}V^{-1}s^{-1}的各向异性载流子迁移率，这与众所周知的2D材料如黑色磷烯和单层MoS_{2}相当。结合这种宽带隙和优越的载流子迁移率，这些单层同素异形体可以是下一代纳米器件的优越性能的有希望的候选者。我们进一步探索了这些单层同素异形体的光催化水分解，发现砷烯单分子膜具有潜在的可见光驱动的光催化水分解的用途。
2018-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Delineating the role of ripples on thermal expansion of honeycomb materials:graphene, 2D-h-BN and monolayer(ML)-MoS2
通过明确进行三维（3D）和二维（2D）分子动力学模拟，我们描绘了热激发波纹对2D蜂窝材料（独立石墨烯、2D h-BN和ML-MoS 2）的热膨胀性质的作用。在3D模拟中，石墨烯和2D h-BN的面内晶格参数（a-晶格）在宽范围的温度下显示出热收缩，并表现出强烈的系统尺寸依赖性。同一系统的2D模拟显示出相反的趋势，其中a-晶格在整个计算的温度范围内膨胀。与石墨烯和2D h-BN相反，ML-MoS 2的a-晶格在2D和3D模拟中都显示出热膨胀，并且它们的系统尺寸依赖性是微不足道的。通过分析300 K下的声子色散，我们发现石墨烯和2D h-BN的2D和3D模拟之间的差异是由于在2D模拟中没有面外弯曲模式（ZA），这是导致a-晶格在低温下热收缩的原因。同时，所有的声子模都存在于ML-MoS 2的二维声子色散中，这表明ZA模的起源不纯粹是由于原子的离面运动，并且其对热膨胀的影响不像在石墨烯和二维h-BN中发现的那样显著
2016-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Topological Insulators in Ternary Compounds with a Honeycomb Lattice
固体物理学中最令人兴奋的课题之一是单层石墨，它表现出各种非常规的新特性。它的电子结构的关键特征是线性色散带，在费米能量处交叉在一个点上。这种所谓的狄拉克锥与最近发现的拓扑绝缘体的表面态密切相关。三元化合物如LiAuSe和KHgSb的Au-Se和Hg-Sb层具有蜂窝结构，其带反转非常类似于HgTe，这是拓扑表面态存在的强先决条件。与在K和K'点处具有两个狄拉克锥的石墨烯相反，这些材料表现出仅由在Γ点处的单个狄拉克锥形成的表面态以及由体中的强自旋轨道耦合（SOC）打开的小的直接带隙。这些材料是中心对称的，因此，可以确定它们的波函数的奇偶性，从而确定它们的拓扑特征。令人惊讶的是，具有强SOC的化合物KHgSb是拓扑平凡的，而LiAuSe被发现是拓扑非平凡的绝缘体。
2010-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Contrasting magnetism in VPS3 and CrI3 monolayers with the common honeycomb S = 3/2 spin lattice
针对VPS3和CrI3单层虽具相同蜂窝状S=3/2自旋晶格却磁性不同的问题，通过研究电子结构和磁机制，揭示了两者绝缘体类型、交换机制及磁各向异性的差异，为理解其磁性提供了深入见解。
2025-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Temperature and Field Dependence of Ferromagnetic Magnon in Monolayer Honeycomb Spin Lattice
利用各向异性交换XZ-Heisenberg模型研究了外场作用下单层蜂窝自旋晶格中集体自旋激发或磁振子的温度和场依赖性。在横场存在下的磁相变是自旋重取向（SR）转变，在SR温度以上存在磁振子强度。横向场在SR温度以下或以上的温度区域中分别降低或维持自旋波强度。零动量低能磁振子分支的能隙在SR横场处闭合，SR横场是零温下的临界量子相变场。将该模型应用于二维CrI $_3$，解释了居里温度以上零动量磁振子模的存在，并与DFT计算结果进行了比较，给出了合适的交换参数值.在这种材料中，狄拉克点附近的估计磁振子速度约为1.74 km/s。
2022-08-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Evidence of silicene in honeycomb structures of silicon on Ag(111)
在寻找硅烯（硅的二维蜂窝晶格）的证据时，重要的是获得Ag（111）上Si结构演化的完整图像，Ag（111）被认为是迄今为止最适合硅烯生长的基底。在这项工作中，我们报告的发现和发展的几个单层超结构的硅在Ag（111）取决于覆盖率和温度。结合第一性原理计算，对这些相的详细结构进行了解释。发现这些结构共享硅环的共同构建单元，并且它们从硅烯的片段演化为完整的单层硅烯和多层硅烯。我们的研究结果阐明了硅烯是如何在Ag（111）表面形成的，并为合成高质量和大规模的硅烯提供了方法。
2012-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Realizing robust large-gap quantum spin Hall state in 2D HgTe monolayer on insulating substrate
尽管近年来人们预测了许多可能的二维拓扑绝缘体，但仍然缺乏实验上可实现的二维拓扑绝缘体。通过第一性原理和紧束缚模拟，我们发现了一种有效的方法，可以在Al $_2$ O $_3$（0001）衬底上稳定2D HgTe蜂窝单层膜中具有227 meV大非平凡能隙的量子自旋Hall态.能带拓扑起源于$s-$类和$p-$类轨道之间的能带反转，这完全由Hg和Te原子贡献，因此量子化边缘态被限制在蜂窝状HgTe单层内。同时，HgTe和Al $_2$ O $_3$（0001）之间的强相互作用确保了原子结构的高稳定性。因此，在高温下，HgTe/Al $_2$ O $_3$（0001）中可以实现TI态。
2018-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Valley-polarized quantum anomalous Hall phases and tunable topological phase transitions in half-hydrogenated Bi honeycomb monolayers
基于第一性原理计算，我们在半氢化Bi蜂窝单层膜中发现了新颖的谷极化量子反常霍尔（VP-QAH）相，在适当的屈曲角下，该相具有-0.19 eV的大禁带，并在自发磁化驱动下发生了可调的拓扑相变.根据磁化方向，可以出现四个不同的相，即，VP-QAH两相，铁磁绝缘态和金属态。当磁化从+ $\mathbf{z}$方向反转到- $\mathbf{z}$方向时，伴随着陈数的符号变化（从-1到+1），手征边缘状态从谷$K$移动到$K'$。我们的研究结果提供了一个平台，设计无耗散电子和谷电子在一个更强大的方式，通过调整的磁化方向。
2015-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Anomalously low thermal conductivity of two-dimensional GaP monolayers: A comparative study of the group GaX (X = N, P, As)
随着二维氮化镓（GAN）平面蜂窝结构的成功合成，二维GAN的声子输运性质得到了报道。然而，通过用N取代同一主族中的其他元素，在Ga基材料中的热输运仍然不清楚，这是更广泛的应用。本文基于第一性原理计算，对二维GaX（X = N，P，As）的声子输运性质进行了全面的研究.发现GaP的热导率（1.52 Wm-1 K-1）出乎意料地超低，这与GAN和GaAs形成鲜明对比，尽管它们具有类似的蜂窝几何结构。基于PJTE理论，GaP和GaAs稳定在屈曲结构中，不同于GAN的平面结构。与GAN和GaAs相比，GaP具有最强的声子非谐性，因此存在较强的声子-声子散射。在给定电子结构的情况下，我们对声子输运有了更深的认识，即由于弯曲结构的存在，GaP中电子的离域受到了限制。因此，P原子的非成键孤对电子在热搅动时诱导非线性静电力，导致晶格中声子非谐性增加，从而降低热导率。我们的研究为蜂窝结构GaX单分子膜中声子输运提供了基础性的认识，这将丰富未来二维材料中纳米声子输运的研究
2021-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropy of exchange interactions in honeycomb ladder compound ReCl5
本文研究ReCl5化合物，通过实验与从头计算揭示其两步反铁磁有序及弱磁场下的亚磁转变，并阐明各向异性交换相互作用J1-J4形成蜂窝梯状磁结构。
2024-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Low-Energy Effective Hamiltonian for Giant-Gap Quantum Spin Hall Insulators in Honeycomb X-Hydride/Halide (X=N-Bi) Monolayers
利用紧束缚方法结合第一性原理计算，系统地推导了二维氢化和卤化V族单分子膜的低能有效Hilbert子空间和自旋轨道耦合哈密顿量.这些材料被认为是巨隙量子自旋霍尔绝缘体，具有由狄拉克点处的自旋轨道耦合打开的记录巨大的体带隙，例如，在Bi \textit{X}（\textit{X} = H、F、Cl和Br）单层中为0.74至1.08 eV。我们发现低能Hilbert子空间主要由V族元素的$p_{x}$和$p_{y}$轨道组成，巨大的一阶有效内禀自旋轨道耦合来自于在位自旋轨道相互作用.这些特征与IV族单分子膜如石墨烯和硅烯的特征截然不同。其中，相关轨道是$p_z$，有效的内禀自旋轨道耦合来自次近邻自旋轨道相互作用过程。这些系统代表了第一个真正的二维蜂窝晶格材料，其中低能物理与$p_{x}$和$p_{y}$轨道相关联。一个自旋晶格哈密顿量与现场自旋轨道耦合项，这可能有助于进一步研究这些有趣的拓扑材料。
2014-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A First-Principles Study of Defects and Adatoms in Silicon Carbide Honeycomb Structures
采用第一性原理平面波方法研究了二维单层碳化硅（SiC）蜂窝结构及其准一维扶手椅型纳米带的力学、电学和磁学性质。为了揭示尺寸效应，本文还对SiC的三维体相和一维原子链进行了简要的研究。计算的键长，内聚能，电荷转移和带隙显示出明显的维度效应。基于声子频率计算的稳定性分析表明，二维SiC单层在平面几何结构中是稳定的。我们发现蜂窝状结构的2D SiC单层及其裸露的和氢钝化的纳米带是离子的、非磁性的、宽带隙半导体。在自能修正后，带隙进一步增加。使用应变能计算的机械性能进行了研究。研究了各种空位缺陷、吸附原子和替位杂质对二维SiC单层及其扶手椅型纳米带电子和磁性的影响。发现这些空位缺陷和杂质中的一些影响物理性质并获得磁矩，可以用于功能化SiC蜂窝结构。
2010-03-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Growth of Two-dimensional Insulator Monolayer Honeycomb BeO
二维（2D）材料的出现开启了平板电子学的迷人前沿。大多数结晶原子层材料是基于具有弱层间键合的层状范德华材料，这自然会导致化学稳定的单层。我们报告的合成的二维绝缘体组成的蜂窝结构BeO（h-BeO）的单个原子片，虽然其散装对应物具有纤锌矿结构。通过分子束外延（MBE）在Ag（111）薄膜上生长h-BeO，Ag（111）薄膜通常生长在Si（111）晶片上。使用扫描隧道显微镜和光谱（STM/S），蜂窝BeO晶格常数被确定为2.65埃的绝缘带隙为6 eV。我们的低能电子衍射（LEED）的测量表明，h-BeO形成一个连续的层，在毫米级具有良好的结晶度。莫尔条纹分析表明，BeO蜂窝结构保持长期的相位相干的原子注册，即使跨银步骤。通过STS和密度泛函理论计算，我们发现h-BeO层与Ag（111）衬底之间的相互作用很弱。我们不仅证明了通过分子束外延生长h-BeO单层膜的可行性，而且还说明了大规模生长，弱衬底相互作用和长程结晶性使h-BeO成为未来技术应用的有吸引力的候选者。更重要的是，在没有大块层状对应物的情况下创建稳定的单晶原子片的能力是定制新型2D电子材料的有趣方法。
2020-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New Buckled Honeycomb Lattice Compound Sr3CaOs2O9 Exhibiting Antiferromagnetism above Room Temperature
报道了一种新的2：1有序三重钙钛矿结构Sr 3CaOs 2 O 9的合成、晶体结构和磁性。该化合物在P21/c空间群中结晶，并具有独特的锇屈曲蜂窝晶格。它具有长程反铁磁有序与高尼尔温度为385 K的磁化率，热容量和中子衍射测量证实，是电绝缘的。该化合物也是2：1有序锇酸盐钙钛矿的第一个例子。理论研究表明，Sr 3CaOs 2 O 9具有相当大的反铁磁交换之间的褶皱平面导致高TN。在比较中阐明了已知化合物Sr_3CaRu_2O_9的磁性。在TN = 200 K以下，出现反铁磁有序。
2022-03-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The stabilizer group of honeycomb lattices and its application to deformed monolayers
等谱变换的精确可解模型构成了一个富有成效的方法，获得新的结构与规定的性质。在本文中，我们研究的狄拉克代数的稳定群的蜂窝晶格表示石墨烯或氮化硼。新的晶体阵列与锥形（狄拉克）点，特别是，提出了一个模型的dichalcogenide单层和分析。在我们的研究中，我们遇到酉变换和非酉变换。我们表明，后者产生$\mbox{$ \cal P\，$}\mbox{$ \cal T\，$}$ -对称哈密顿，在符合已知的结果的背景下，提升狄拉克方程。将幺正部分的结果应用于诸如MoS $_2$等材料的不变带隙和色散关系的描述。一个仔细的建设的基础上提出的原子轨道和所产生的色散关系进行了比较，通过DFT与以前的结果。
2016-11-15 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Monolayer Topological Insulators: Silicene, Germanene and Stanene
本文报道了单层拓扑绝缘体的理论研究进展，包括硅烯、锗烯和锡烯，它们分别是硅、锗和锡的单层蜂窝结构。由于自旋轨道相互作用，它们表现出自然界中的量子自旋霍尔效应。通过施加垂直电场可以调节带隙，从而引起拓扑相变。我们还分析了一般蜂窝系统的拓扑性质以及拓扑绝缘体的分类。明确地确定了蜂窝体系中拓扑绝缘体和超导体的相图。我们还研究了拓扑电子学，包括拓扑场效应晶体管，拓扑基尔霍夫定律和拓扑自旋谷电子学。
2015-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
A promising candidate for ising ferromagnetism of two-dimensional kagome V$_2$O$_3$ honeycomb monolayer
本文通过第一性原理计算研究二维kagome V$_2$O$_3$单层，发现其具有稳健铁磁基态、约0.544 meV垂直磁各向异性能、准半金属性及640 K居里温度，并兼具平带和狄拉克点等拓扑特征。
2024-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the multistage phase transformations in monolayer Mo-Te compounds
本研究通过分子束外延和扫描隧道显微镜系统解析了单层Mo-Te化合物的多级热致相变，揭示了生长参数对可控可逆相变的关键作用，为二维晶体相变工程和高性能器件发展奠定基础。
2024-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Quantum spin Hall insulators and quantum valley Hall insulators of BiX/SbX (X = H, F, Cl, and Br) monolayers with a record bulk band gap
大的体带隙是量子自旋霍尔绝缘体或二维拓扑绝缘体在室温自旋电子器件中应用的关键。基于第一性原理计算，我们预测了一组二维拓扑绝缘体BiX/SbX（X = H，F，Cl，and Br）单分子膜，其体隙从0.32 eV到1.08 eV.这些巨能隙完全是由于Bi/Sb原子在蜂窝晶格的两个谷K和K'附近的px和py轨道的强自旋轨道相互作用的结果，这与石墨烯/硅烯中的pz轨道有很大不同。BiX/SbX单分子膜的拓扑特征是由计算的非平凡的Z2指数和明确的建设，在这些系统中的低能有效哈密顿量确认。我们发现BiX单层的蜂窝结构即使在600 K的温度下也保持稳定。这些特性使得BiX/SbX巨隙TI单层膜成为实现许多奇异现象和制造新的量子器件的理想平台。此外，偏压BiX/SbX单层膜成为量子谷霍尔绝缘体，显示出谷选择性圆二色性。
2014-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Emergence of ferroelectricity and spin-valley properties in two-dimensional honeycomb binary compounds
通过密度泛函理论计算，我们预测了几种A、B原子属于IV族或III-V族的二维AB型二元单分子膜是铁电的。偶极产生于屈曲结构，其中A和B离子位于具有三角对称性的二分波纹蜂窝晶格的位点上。我们讨论了新出现的谷相关的属性和自旋和谷物理的耦合，这产生于反转对称性的损失，并探讨铁电性和Rashba自旋分裂现象之间的相互作用。我们发现，谷相关的属性主要源于AB单层的二元性质，而Rashba自旋纹理周围山谷发展是完全可控的，通过反转铁电极化切换。
2014-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of molecular hydrogen on honeycomb ZnO monolayers: A quantum density-functional theory perspective
本研究采用量子密度泛函理论（QLDFT）探究分子氢在原始ZnO单层的吸附，评估其在宽热力学条件下的储氢容量，发现ZnO片对氢分子平行运动限制更紧，且等量吸附热在不同温度下对吸附质密度的依赖性存在差异。
2024-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Spontaneous Symmetry Breaking and Dynamic Phase Transition in Monolayer Silicene
用扫描隧道显微镜观察到在Ag（111）表面的（r3 xr3）R30°蜂窝状硅烯单层膜在低于40 K的温度下发生了相变，转变为两种镜像对称的边界分离的菱形相.第一性原理计算表明，硅烯与Ag（111）之间的弱相互作用驱动了单层硅烯的自发超屈曲，形成了两个能量简并的镜像对称（r3xr3）R30°菱形相，其中在狄拉克点（DP）附近产生了线性带色散，并在DP处产生了显著的能隙开放（150 meV）.这两个相之间的低转变势垒使它们能够通过动态触发器运动互换，从而在高温下观察到（r3xr3）R30°蜂窝结构。
2012-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonmonotonic strain dependence of lattice thermal conductivity in monolayer SiC: a first-principles study
越来越多的二维（2D）材料已经在实验上实现或理论上预测，这在纳米和光电子学中具有潜在的应用。电子器件的各种应用与其热传输特性密切相关。通过求解线性化的声子玻尔兹曼方程，研究了具有理想平面六边形蜂窝结构的单层SiC中声子输运的应变依赖性。研究发现，单层SiC的室温晶格热导率（$κ_L$）比石墨烯的低两个数量级。低的$κ_L$是由于小的群速度和短的声子寿命，这也可以解释为极化共价键由于大的电荷转移从Si到C原子。在所考虑的应变范围内，证明了SiC单层膜是力学和动力学稳定的。随着拉伸应变的增加，SiC单层膜的$κ_L$表现出异常的非单调起伏行为，这是由于声子群速度的变化与低频声子模的声子寿命之间的竞争.在低应变（$<$ 8%）下，声子寿命的增加导致$κ_L$的增加，而在高应变（$>$ 8%）下，群速度的降低以及声子寿命的减少是导致$κ_L$减少的主要机制。我们的工作进一步丰富了二维六边形蜂窝结构材料的声子输运研究，并激发了进一步的实验研究。
2018-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Codimension-Two Spiral Spin-Liquid in the Effective Honeycomb-Lattice Compound Cs$_3$Fe$_2$Cl$_9$
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
研究通过中子散射和数值模拟揭示了Cs$_3$Fe$_2$Cl$_9$中二维螺旋自旋液体的存在，克服了长程相互作用弱的阻碍，发现磁化场下螺旋与自旋密度波竞争有序。
2026-01-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Arsenene: Two-dimensional buckled and puckered honeycomb arsenic systems
近年来，人们在实验室中制备出了一种具有单层蜂窝状结构的黑磷，并引起了人们越来越多的关注。本文基于第一性原理计算研究了砷体系蜂窝结构的稳定性和电子性质。两种类型的蜂窝结构，屈曲和起皱，被发现是稳定的。我们称它们为砷烯，就像磷烯一样。我们发现，无论是屈曲和起皱的砷烯具有间接的差距。我们发现，带隙的起皱和屈曲的砷烯可以通过施加应变调谐。在6%的应变时，起皱的砷烯的间隙闭合，其中最近的邻居之间的键角变得几乎相等。通过施加应变发生间接到直接的间隙转变。特别是，1%的应变就足以将褶皱的砷烯转变为直接带隙半导体。我们的研究结果将为发光二极管和太阳能电池的应用铺平道路。
2014-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of restacked 2D spin $\frac{1}{2}$ honeycomb RuCl$_3$ nanosheets
自旋$\frac{1}{2}$蜂窝材料由于其奇异的磁性和可能在量子计算中的应用而引起了人们的极大兴趣。然而，在所有当前材料中，面外相互作用干扰面内有序，因此仍然需要真正的2D磁性蜂窝系统。在这里，我们报告的剥离的磁性半导体$α$ -RuCl $_3$的第一卤化物单层和自旋$\frac{1}{2}$蜂窝状排列的乱层堆叠RuCl $_3$单层的磁性表征。剥离是基于还原锂化/水合的方法，这导致了由于电子注入层的自旋$\frac{1}{2}$状态的破坏而导致的合作磁性的损失。在氧化处理之后，恢复与本体类似的合作磁性。重新堆叠的单层的氧化球团在T $_N$ = 7 K时在面内方向上具有磁性转变，而在面外方向上的磁性与本体$α$ -RuCl $_3$有很大不同。因此，RuCl $_3$的宏观颗粒表现为在堆叠方向上没有任何对称关系的单层堆叠。有意引入乱层无序来操纵RuCl $_3$的自旋结构，对于研究Kitaev-Heisenberg模型预测的阻挫磁性和复杂磁序具有重要意义。
2016-03-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Weakly coupled alternating $S=1/2$ chains in the distorted honeycomb lattice compound Na$_2$Cu$_2$TeO$_6$
具有交替反铁磁（AF）和铁磁（FM）耦合的自旋1/2链表现出与整数自旋Haldom链类似的量子纠缠，并且可能类似地用于量子计算。这种交替的AF-FM链已经被提出在变形的蜂窝晶格化合物Na $_2$ Cu $_2$ TeO $_6$中实现，但是为了证实这一观点，需要对交换相互作用的全面理解，包括理想模型之外的术语。本文利用中子散射研究了Na $_2$ Cu $_2$ TeO $_6$的自旋动力学，并通过无规相近似和密度泛函理论（DFT）方法精确地确定了耦合强度.我们发现AF和FM链内耦合是自旋哈密顿量中的主导项，而链间耦合是AF但微扰的。这种耦合强度的等级和链内耦合的交替符号可以通过它们不同的交换路径来理解。我们的研究结果建立了Na $_2$ Cu $_2$ TeO $_6$作为一个弱耦合的交替AF FM链化合物，并揭示了在弱链间耦合下交替链中的带隙基态的鲁棒性。
2020-12-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermoelectric and lattice dynamics properties of layered MX (M = Sn, Pb; X = S, Te) compounds
铅和锡硫族化合物由于具有良好的热电性能而得到了广泛的研究。进一步提高其TE效率已被报道后，减少的尺寸，这是一个重要的特点，在现代设备的制造。利用密度泛函理论结合半经典Boltzmann输运理论，研究了二维MX（M = Sn，Pb; X = S，Te）单分子膜的结构、电子和TE性质.自旋轨道耦合对它们的电子结构有显著的影响，特别是对于重质化合物。结构优化后的声子输运研究表明，矩形（γ-）相是能量上最有利的SnS和SnTe单层，而方形结构被发现是最稳定的PbS和PbTe单层。我们的研究结果与以前的研究结果是一致的。这些2D材料表现出高塞贝克系数和功率因数以及低晶格热导率，这是良好TE材料的基本特征。在700 K时，n型SnS、SnTe、PBS和p型PbTe单层膜的最大优值（ZT）分别为1.04、1.46、1.51和1.94，高于它们的体ZT值。因此，这些单层是TE应用的有希望的候选者。
2020-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Structure determination of flat honeycomb Bi grown on Ag(111)
Interdisciplinary Graduate School of Engineering Sciences, Kyushu University（九州大学理工学研究科）；Faculty of Engineering Sciences, Kyushu University（九州大学工学府）
研究通过LEED和DFT揭示了Ag(111)上Bi的平面蜂窝结构及其在不同温度下的相变行为，发现Mn沉积诱导Bi表面分离并形成新的蜂窝结构，为理解Bi的二维拓扑性质提供新视角。
2025-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Large spin splitting and piezoelectricity in a two-dimensional topological insulator Al$_2$SbBi with double-layer honeycomb structure
本文通过第一性原理计算提出Janus双层蜂窝结构单层Al$_2$SbBi，其为带隙约0.2 eV的非平凡拓扑绝缘体，具有大自旋劈裂和压电性，压电系数d$_{11}$=7.97 pm/V，d$_{31}$=0.33 pm/V，可用于自旋电子和压电器件。
2023-05-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electronic and Excitonic Properties of MSi2Z4 Monolayers
MA 2 Z4单层形成了一类新的六方非中心对称材料，具有非凡的自旋谷物理学。虽然最近只合成了两种化合物（MoSi 2N 4和WSi 2N 4），但理论预测了这种二维材料的全新家族的有趣（光）电子特性。本文从第一性原理出发，研究了MSi_2 Z_4（M = Mo，W; Z = N，P，As，Sb）化合物的带隙和能带的自旋轨道分裂的化学趋势。有效的Bethe-Salpeter方程为基础的计算显示高激子结合能。外磁场下的激子能量的演化预测提供其有效的g因子和抗磁性系数，这可以直接与实验值进行比较。特别是，大的积极的g-因子预测涉及更高的导带的激子。鉴于这些预测，MSi 2 Z 4单层产生了一个新的平台来研究激子，并有吸引力的光电子器件，也在异质结构的形式。此外，自旋轨道诱导带反转观察到最重的研究化合物，WSi 2Sb 4，其拓扑性质的标志。
2022-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Topological band structure transitions in honeycomb antimonene as function of buckling
采用第一性原理计算研究了单层$β$ -Sb（锑烯）从扁平蜂窝结构到平衡屈曲结构的能带拓扑，并采用紧束缚模型和低能哈密顿量进行了分析.在平坦单层Sb中，费米能级出现在两个扭曲狄拉克锥的交叉点附近，一个与$p_z$ -轨道相关，另一个与$\{p_x,p_y\}$ -轨道相关。这两个圆锥体的不同取向的三重翘曲导致异常形状的节线，这导致各向异性的面内输运性质和角极性。轻微的屈曲沿着节线打开了一个缺口，除了剩下的六个狄拉克点，受到对称性的保护。在增加的屈曲下，相反缠绕数的狄拉克点对在临界屈曲角处湮灭。在第二临界角，当能带结构变成平凡半导体时，剩余的狄拉克点消失。讨论了自旋轨道耦合和边缘态。
2019-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band Gap Engineering of Two-Dimensional Nitrogene
在我们以前的研究中，我们预测了新颖的二维蜂窝状单分子膜的氮族元素。特别是，氮的蜂窝状单层的结构和性质，我们称之为氮，是非常不寻常的。本文对其电子结构进行了深入的研究。我们发现氮分子的能带结构可以通过几种方式来设计：控制单层的堆叠、施加双轴拉伸应变和施加垂直电场。氮原子的禁带宽度随着层数的增加而减小。当垂直电场大于0.18V/cm时，禁带宽度也减小，当垂直电场为0.35V/cm时，禁带宽度减小。在此过程中，发现间隙对电场的近似线性依赖关系。施加双轴应变也可以减小带隙，并最终关闭带隙。在应变为17%~ 28%时，在布里渊区发现了6个不等价的狄拉克点，氮分子单层膜变成了狄拉克半金属。这些发现表明，氮的电子结构可以通过多种技术进行修饰，这使其成为电子器件的有希望的候选者。
2016-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Designing substrates for silicene and germanene: First-principles calculations
我们提出了一个指导方针，探索基板，稳定的单层蜂窝结构的硅烯和锗烯，同时保持狄拉克状态：除了具有较强的结合能的单层，一个合适的基板应该是一个大的间隙半导体与适当的功函数，使狄拉克点位于间隙和远离基板状态时，他们的频带对齐。我们通过对硅烯和锗烯在Al封端的Al_2O_3（0001）表面上的第一性原理计算来说明我们的想法。在Al封端的Al2O3（0001）上的覆盖单分子膜通过与硅烯和Ag（111）之间的结合能相当的结合能保持低屈曲蜂窝结构的主要结构轮廓。用k投影法得到的展开能带结构表明，由于结构畸变和与衬底的相互作用，在K点处形成了带隙的狄拉克锥。负载的硅烯和锗烯的禁带宽度分别为0.4 eV和0.3 eV，表明它们可能在纳米电子学中具有潜在的应用。
2016-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Emergence of Dirac-like bands in the monolayer limit of epitaxial Ge films on Au(111)
在石墨烯中发现狄拉克费米子之后，人们自然会问，是否有可能在其他二维（2D）材料中实现狄拉克费米子。本文报道了用角分辨光电子能谱学在Au（111）衬底上生长的锗锗薄膜中发现的多个类Dirac电子带。通过调节薄膜的厚度，我们能够观察到它们的电子结构的演变时，通过单层极限。我们的发现可能意味着锗烯的合成，锗的二维蜂窝结构，这是一个有前途的平台，探索奇异的拓扑现象，使潜在的应用。
2017-07-14 cond-mat.mtrl-sci
The structure of amorphous two-dimensional materials: Elemental monolayer amorphous carbon versus binary monolayer amorphous boron nitride
自20世纪30年代以来，非晶材料的结构一直被争论为二元问题：非晶材料是Zachariasen连续随机网络（Z-CRN）或含有微晶的Z-CRN。然而，最近证明，无定形金刚石可以以任何一种形式合成。在这里，我们解决的问题，单原子厚的非晶单分子膜的结构。我们重新分析先前的模拟结果为无定形石墨烯和报告动力学蒙特卡罗模拟的基础上替代算法。我们发现，含有微晶的Z-CRN是最近制造的元素无定形石墨烯的有利结构，而二元单层无定形BN的最可能结构与两种长期争论的选择中的任一种完全不同：它是一种组成上无序的“假CRN”，包括B-N和非正则B-B和N-N键的混合物并含有“假微晶”，即由非正则六边形构成的蜂窝区域。其他非元素的二维和散装非晶材料的影响进行了讨论。
2022-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Strain-tunable band gap of a monolayer graphene analogue of ZnS monolayer
使用第一性原理全势密度泛函计算，我们预测，机械可调的带隙是可实现的在ZnS单层石墨烯蜂窝状结构的应用面内均匀的双轴应变。双轴拉伸应变在（2.645%，3.171%）区间内存在一个由直接间隙相向间接间隙相的转变点。在两个带隙相中，带隙随应变的增加而减小，并随应变呈线性变化。
2012-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vibrational and dielectric properties of monolayer transition metal dichalcogenides
二维过渡金属二硫属化合物的第一性原理研究对理解它们的介电、光学、弹性和振动性质有很大贡献。迄今为止，大多数作品都集中在单一的材料或物理属性上。在这里，我们使用一个单一的第一性原理方法论的整个家庭的系统，深入研究不同的物理性质之间的关系，潜在的对称性和这些材料的组成，并观察趋势。我们比较散装同行显示强的层间效应在三斜化合物。以前未观察到的这些单层化合物之间的关系变得明显。然后，这些趋势可以被材料科学、纳米科学和化学社区利用，以更好地设计用于特定功能的器件和异质结构。
2019-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of new Group IV-V-VI monolayer semiconductors based on first principle calculation
二维半导体材料因其新颖的性质而受到人们的广泛关注和研究。本文提出了一种新的二维材料设计思路，即用邻族元素取代原始构型中的一半原子，形成等电子化合物。我们已经成功地将这一想法应用于V族单分子膜，并获得了许多未开发的IV-V-VI族单分子膜化合物：P2 SiS，As 2SiS，As 2GeSe，Sb 2GeSe，Sb 2SnTe和Bi 2SnTe。相对形成能计算、声子谱计算以及有限温度分子动力学模拟证实了它们的稳定性，DFT计算表明它们都是半导体。这一想法拓宽了V族半导体的范围，我们相信它可以扩展到其他类型的2D材料，以获得具有更好光电和电子应用性能的新半导体。
2017-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Induced Band Engineering in Monolayer Stanene on Sb(111)
锡的二维同素异形体锡烯具有低屈曲的蜂窝状结构，是一种理想的二维拓扑绝缘体，其带隙大于0.1 eV.理论工作还指出，锡烯的拓扑性质是通过应变调谐实现的。本文报道了利用分子束外延技术在Sb（111）表面成功地制备出了高质量的锡烯单层薄膜和锡烯单层纳米带，为锡烯的研究提供了一个理想的平台。更重要的是，我们观察到了一个连续的演变的电子带的锡烯整个纳米取向，这是有关的应变场梯度锡烯。实验证实了应变是锡烯能带工程的有效方法，这对锡烯的基础研究和应用具有重要意义。
2017-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Chiral phonons in honeycomb sublattice of layered CoSn-like compounds
半正交晶格和kagome晶格表现出非凡的电子性质。这是一个自然的结果，额外的离散自由度与一个山谷或电子平带的出现。在类CoSn化合物中观察到的这两种晶格的组合，不仅导致拓扑电子行为，而且导致手性声子模式的出现。在这里，我们研究CoSn类化合物的背景下实现的手征声子。以往的理论研究表明，手征声子可以在理想的二维六角晶格或kagome晶格中找到。然而，事实证明，在具有$P6/mmm$对称性的CoSn类系统的情况下，由$d$ -块元素形成的kagome晶格被额外的$p$ -块原子修饰。这导致了具有不相等质量的原子的二维三角形晶格，并且在kagome平面中不存在手征声子。与此相反，层间六方晶格的$p$块原子被保存，并允许实现手性声子。我们讨论了七个CoSn类化合物中这些手性声子的性质，并证明它们不依赖于原子质量比或内禀磁序的存在。$d$ -块原子的手征声子可以通过去除反转对称性来恢复。后者是可能的，在CoGe和RhPb的晶体结构中具有约化对称性（$P\bar{6}2m$）和畸变kagome样晶格。
2021-06-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Experimental evidence of monolayer arsenene: An exotic two-dimensional semiconducting material
石墨烯的V族元素类似物由于其半导体能带结构而引起了人们的广泛关注，这使得它们在基于二维材料的下一代电子和光电子器件中具有很大的应用前景。理论研究预测了高电子迁移率、大带隙、通过应变调节带隙、拓扑相的形成、室温下的量子自旋霍尔效应以及超导性等。本文报道了在Ag（111）表面成功地形成了独立的单层砷烯。这是从我们的实验原子和电子结构数据通过比较我们的理论计算结果得出的结论。砷烯在Ag（111）上形成了一个弯曲的蜂窝层，晶格常数为3.6 eV，从费米能级钉扎的位置推断，间接带隙约为1.4 eV。
2018-12-14 cond-mat.mtrl-sci
