Band splitting in bilayer stanene electronic structure scrutinized via first principle DFT calculations
最近的工作，锡烯作为量子自旋霍尔绝缘体，我们研究双层锡烯使用第一性原理计算。目的是通过调节双层膜的堆积顺序（和角度）来改善和开发新的性能。这种层的堆叠已经被证明是用于调节单层材料的性质的技术。在这里，我们设计了具有不同堆叠角度以及AA和AB配置的多个双层系统。相反，观察到由于自旋轨道耦合（SOC）的带隙的改善，我们见证了由于SOC的带的分裂，堆叠的MoS2片的特征行为。带的这种分裂产生不同的、独立的和独特的自旋向上和自旋向下通道，表现出谷依赖的自旋极化。另外，作为堆叠MoS2系统的对比，我们注意到在我们的系统中堆叠角度和顺序确实影响电子态。
2019-01-23 cond-mat.mtrl-sci
First-principles prediction of sub-10 nm skyrmions in Pd/Fe bilayers on Rh(111)
结果表明，在Rh（111）表面的Pd/Fe双层膜中，可以出现直径为几个纳米的稳定Skyrmion。基于密度泛函理论计算了交换作用、Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用以及磁晶各向异性能。由于Rh和Ir是等电子的$4d$和$5d$过渡金属，后两项由自旋-轨道耦合驱动，并且与Ir（111）上的Pd/Fe双层相比显著减少。然而，在零磁场下仍然存在自旋螺旋基态。原子自旋动力学模拟表明，在$\sim$ 1 T的小磁场下，出现Skyrmion相. Skyrmion直径为2 ~ 8 nm，在25 ~ 45 K温度下Skyrmion寿命可达1小时。
2018-06-16 cond-mat.mtrl-sci
A Geometric Design Principle for $\mathbb{Z}_2$ Topological Phases in Twisted Triangular-Lattice Bilayers
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Condensed Matter Physics Data Center of Chinese Academy of Sciences（中国科学院凝聚态物理数据中心）
提出扭曲三角晶格双层中通过堆叠能量景观的对称相关最小值形成蜂窝莫尔晶格，实现时间反演不变的拓扑莫尔能带，并通过第一性原理计算和Kane-Mele模型验证了电可调的量子自旋霍尔效应。
2026-06-24 cond-mat.mtrl-sci
The electronic structure and elastic property of monolayer and bilayer transition metal dichalcogenides MX$_2$ (M=Mo,W;X=O,S,Se,Te): A comparative first-principles study
采用第一性原理方法，采用不同的交换关联泛函，包括LDA、PBE和OptB 88-vdW形式的vdW-DF泛函，研究了分子式为MX $_2$（M=Mo，W; X=O，S，Se，Te）的二维过渡金属二硫属化物（TMDC）单层和双层结构的电子和弹性性质.计算的能带结构表明，除了MoO $_2$和WO $_2$外，单层TMDC在K点处具有直接带隙。当单层堆叠成双层时，除了双层WTe $_2$在K点处仍然存在直接带隙外，发现间接带隙减小。计算的面内杨氏模量与石墨烯相当，这预示着TMDC在未来柔性和可拉伸电子器件中的可能应用。我们还评估了不同的泛函，包括LDA，PBE，和optB 88-vdW在描述TMDC的弹性模量的性能，发现LDA似乎是最合格的方法。此外，我们的计算表明，双层的杨氏模量是不敏感的堆叠顺序和单层之间的机械耦合似乎可以忽略不计。
2015-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Moiré induced topology and flat bands in twisted bilayer WSe$_2$: A first-principles study
我们研究了强自旋轨道相互作用对弛豫扭曲双层WSe $_2$中平带形成的影响。在扭转角（$θ$）接近0 $^{\circ}$和60 $^{\circ}$时，在能带边缘出现能量分离良好的平坦带。对于接近0 $^{\circ}$的$θ$，层间杂化与莫尔电位一起决定了电子结构。价带边缘附近的能带具有非平凡的拓扑结构，其中陈数等于+1 $-$ 1。我们建议，非平凡的拓扑结构的第一个频带可以实验探测的扭转角小于3.5 $^{\circ}$的临界角。对于接近60 $^{\circ}$的$θ$，从单位单元布里渊区的K点产生的带的平坦化是在各个层中的原子重排的结果。我们的研究结果的平坦带和本地化的波函数的范围内的$θ$匹配以及最近的实验观察。
2022-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Structures of Fluorinated Graphenes and Their Signatures
最近的氟化石墨烯的合成引入了有趣的稳定的石墨烯衍生物。特别是，氟石墨烯（CF），即完全氟化的椅子构象，被发现显示关键的功能，如高机械强度，带电表面，局部磁矩由于空位缺陷和宽带隙迅速减少均匀应变。这些属性，以及结构参数和电子密度的状态被发现与氟覆盖范围的规模。然而，迄今为止报道的大多数实验数据既不为CF，也不为其他CnF结构符合从第一性原理计算获得的结果。在这项研究中，我们试图澄清分歧的来源。
2011-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted photoluminescence of bilayer MoS$_2$ from first principles
Wayne State University（韦恩州立大学）
本研究通过第一性原理方法，探讨双层二硫化钼中声子辅助光致发光的机制，揭示了声子对光致发光的影响及应变对其的影响。
2025-09-17 cond-mat.mtrl-sci
First-principles Calculations of MoSeTe/WSeTe Bilayers: Stability, Phonons, Electronic Band Offsets, and Rashba Splitting
通过第一性原理计算研究MoSeTe/WSeTe双层结构，发现改变原子序列和堆叠模式可调制偶极矩、Rashba效应及Type-II能带对齐，多体色散方法更准确预测了界面距离与振动特性。
2024-02-13 cond-mat.mtrl-sci
A comparative first-principles investigation of bilayer NbOX2 (X=Cl, Br, I) for Photocatalytic water splitting applications
本文通过第一性原理计算研究了双层NbOX2（X=Cl，Br，I）的结构、电子、光学和光催化性质，发现其在可见和紫外区域具有良好的光催化水分解性能。
2026-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Partitioning interatomic force constants for first-principles phonon calculations: Applications to NaCl, PbTiO$_3$, monolayer CrI$_3$, and twisted bilayer graphene
第一性原理声子计算已被广泛用于研究凝聚态物质的振动性质，其中动力学矩阵通常通过超原胞力常数计算或线性响应方法构建。通过不同的方式，可以在两种方法中引入超原胞。除非超原胞足够大，否则内插声子性质高度依赖于超原胞的形状和大小，并且强加的周期性可能会产生容易被忽视的非物理结果。沿着这条线，分区的力常数的概念进行了讨论，并解决了NaCl，PbTiO $_3$，单层CrI $_3$，和扭曲的双层石墨烯作为例子，说明所施加的超晶胞周期性的影响。为了减少非物理效应，一个简单的划分力常数的方法，它只依赖于平移对称性和原子间的距离，被证明是能够提供合理的结果。分区方法也是兼容的混合空间的方法来描述LO-TO分裂。适当的分区对于研究中等大小的低对称性系统（例如衬底上的二维材料）尤其重要，并且对于使用原子基函数的第一性原理包中的声子计算的实施非常有用，其中对称操作通常不适用于大规模计算。
2020-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Dirac Cone of Bilayer and Bulk Structure Graphene by Intercalating First Row Transition Metals using First Principles Calculations
自2004年石墨烯被发现以来，二维（2D）层状结构材料因其独特的物理、化学和电子性质而引起了人们的极大关注。石墨烯纳米技术的最新进展开辟了制备2D双层石墨烯（BLG）插层的新途径。利用第一性原理密度泛函方法，我们设计了20种第一行过渡金属（TM）嵌入BLG的新材料\textit{in-silico}，即TM嵌入BLG的10种层状结构和10种体相结构。本文研究了第一排三甲基锡（Sc-Zn）插层的层状和块状BLG的平衡结构和电子性质。目前的DFT计算表明，石墨烯中的C原子的2个$p_z$子壳层和TM原子的3个$d_{yz}$子壳层提供了费米能级附近的电子密度，控制BLG插层材料的材料性质。这篇文章强调了狄拉克点如何在BLG和体BLG中移动，给出了不同的TM插层材料。讨论了可控的电子结构和性能的插层BLG-TM的未来器件应用的影响。这项工作为有效生产二维和三维碳基插层材料开辟了新的途径，在纳米材料科学中具有广阔的应用前景。
2017-11-22 cond-mat.mtrl-sci
How Can We Engineer Electronic Transitions Through Twisting and Stacking in TMDC Bilayers and Heterostructures? A First-Principles Approach
本文通过第一性原理DFT系统研究TMDC同质及异质双层的堆叠与扭转效应，揭示其带隙调控规律，为设计下一代电子材料提供策略。
2025-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Novel First-Principles Insights into Graphene Fluorination
全面的第一性原理计算进行不同的安排，相关的化学缺陷的氟代石墨烯，以提供准确的微观洞察到石墨烯的过程。为了更好地理解这些现象，计算了半周期和全周期过程的最小能量路径。虽然实验观察表明，一个慢得多的速率的全氟化过程中，与半氟化酮相比，所获得的能量分布表明大大增强氟吸附后的半氟化阶段。这种不确定性是根据半结晶后石墨烯片的显著化学活化来解释的，这显著地促进了系统中化学污染物的形成，从而大大减缓了全结晶过程。在考虑了相关化学物种（包括氢、氧和氮分子以及氙原子）的结合能和耐久性之后，认为氧-氟配体是最有可能对抗石墨烯片的全覆盖的化学污染物。我们提出了一个氧解吸机制的原子描述的全脱附过程中的现实情况。有人认为，所提出的机制很好地解释了在高温下的全反射过程的速率大大提高。
2021-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study of Fe Adsorption and Its Effects on the Mechanical and Electrical Properties of Monolayer and Bilayer Biphenylene Networks
Xidian University（西安电子科技大学）
本研究通过第一性原理方法系统研究了铁原子在单层和双层 biphenylene 网络上的吸附特性，发现铁吸附增强了铁-基底相互作用，且双层 biphenylene 网络中铁吸附位置位于层间四元环中心，铁吸附显著影响双层 biphenylene 网络的出平面机械响应，同时揭示了 biphenylene 网络在电导率上的各向异性。
2026-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Manipulating dc currents with bilayer bulk natural materials
变换光学的原理已经应用于各种波动现象（例如，光学、电磁学、声学和热力学）。近年来，超材料直流电流控制装置受到越来越多的关注，通常采用转换光学的模拟，利用复杂的电阻网络来模拟非均匀和各向异性的电导率。我们提出了一个独特的和一般的原则，操纵直流电流直接求解导电方程，它只需要利用两层散装天然材料。我们实验证明了直流双层斗篷和扇形聚光器，来自于隐身传感器的广义帐户。所提出的方案已被验证为精确的设备，这开辟了一个简便的方式实现完整的空间控制的直流电流。所提出的方案不仅在直流领域，而且在操纵磁场、热、弹性力学和物质波等领域都有巨大的应用潜力。
2014-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Electron-Phonon Interactions in Graphene, Bilayer Graphene, and Graphite
使用第一性原理技术，我们计算的电子费米速度和振动寿命所产生的电子-声子相互作用在掺杂的双层石墨烯和石墨中的重整化，并比较结果与相应的量在石墨烯。对于类似的掺杂水平，在双层石墨烯和石墨中的费米速度重整化被发现是大约30%大于石墨烯。在双层石墨烯的情况下，这种差异被证明是由层间相互作用引起的。我们讨论了我们的研究结果，在最近的光电子和拉曼光谱实验。
2008-12-21 cond-mat.mtrl-sci
First principles study and empirical parametrization of twisted bilayer MoS2 based on band-unfolding
我们用密度泛函理论研究了扭转双层$\textrm{MoS}_2$的能带结构和弹道电子输运。展开该类螺旋带以在原始未扭曲的$\textrm{MoS}_2$双层的原始晶胞中产生能带结构，并投影到单独的层上。从展开的能带结构中提取相应的扭转角相关的间接带边。基于同一原胞内的比较，建立了间接导谷和间接价谷的有效双带有效质量模型，并通过拟合未折叠的能带结构进行参数化。利用双带有效质量模型，计算了任意扭曲双层$\textrm{MoS}_2$的弹道传输特性。
2016-06-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Composition and Stacking Dependent Topology in Bilayers from the Graphene Family
我们提出了硅烯，锗烯，锡烯双层的第一性原理的组成和结构的调查。由于各个层的交错，几种堆叠模式是可能的，其中大多数对于双层石墨烯是不可用的。这种结构的多样性，结合自旋轨道耦合的存在，揭示了多样性的电子性质，与不同的频带功能，包括轨道杂化和带反转的外观。我们表明，对于特定的情况下，固有的自旋霍尔响应表现出签名的非平凡的电子能带拓扑结构，使这些结构有希望的候选人探测Dirac类物理。
2018-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Atomic and electronic structures of FeSe monolayer and bilayer thin films on SrTiO$_3$ (001): a first-principles study
采用第一性原理电子结构计算方法，研究了以SrO和TiO $_2$为终端的SrTiO $_3$（001）上FeSe单层和双层薄膜的电子结构.我们发现，无论是单层和双层的FeSe在任何终端表现出类似于一个轻微的杂质半导体和共线反铁磁秩序的Fe离子。在FeSe层和衬底之间没有实质的电荷转移。FeSe通过偶极-偶极相互作用粘附到SrTiO $_3$表面。费米面主要是Fe-3d轨道的贡献。主要由TiO $_2$层中的O-$2p$轨道贡献的价带位于稍低于费米能级的位置，其可以在少量掺杂空穴时变成导电的.
2012-02-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Ultraflat bands and shear solitons in Moiré patterns of twisted bilayer transition metal dichalcogenides
二维材料的扭曲双层中的超平带具有很强的相关性，包括带的半填充处的莫特绝缘相。使用第一性原理密度泛函理论计算，我们显示了在扭曲双层MoS $_2$，一个典型的过渡金属二硫属化物的价带边缘的超平带的出现。对于56.5 $^\circ$和3.5 $^\circ$扭转角，计算的带宽分别为5 meV和23 meV，与“魔”角附近的扭转双层石墨烯的带宽相当。莫尔条纹中的大的结构变化导致在堆叠边界处形成剪切孤子，并且强烈地影响电子结构。我们扩展了我们对扭曲双层MoS $_2$的分析，表明在扭曲双层WS $_2$，MoSe $_2$和WSe $_2$的价带边缘也可以出现平带。
2018-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Twist-engineering of a robust Quantum Spin Hall phase in $β$-/flat bismuthene bilayer from first principles
Instituto de Ciencia Molecular, Universitat de Valencia（瓦伦西亚大学分子科学研究所）；Departamento de Física y Geociencias, Universidad del Norte（北方大学物理与地球科学系）
通过扭转工程调控二维材料拓扑相，揭示了Bi烯双层中强自旋轨道耦合与破缺反演对称性诱导的量子自旋霍尔效应，且通过Sb掺杂调控拓扑响应。
2026-04-15 cond-mat.mtrl-sci
First-principles investigation of graphene/MoS2 bilayer heterostructures using Tkatchenko-Scheffler van der Waals method
石墨烯/MoS $_2$ van der Waals（vdW）异质结构由于其独特的性质和功能而具有很好的技术应用前景。全球许多实验和理论研究小组对石墨烯/MoS $_2$异质结构的性能进行了基准测试，做出了杰出的贡献。尽管一些研究小组已经尝试使用{ \it第一性原理}计算来模拟石墨烯/MoS $_2$异质结构，但是来自不同理论研究小组的结果与实验结果存在一些差异。在目前的工作中，我们重新审视这个问题的第一性原理的方法和解决现有的石墨烯/MoS $_2$异质结构中的石墨烯和MoS $_2$单层之间的层间距的差异，以及费米能级附近的狄拉克点的位置。我们发现，Tkatchenko-Scheffler方法有效地评估了长程vdW相互作用，并准确地预测石墨烯和MoS $_2$片之间的层间距。我们进一步研究了优化的石墨烯/MoS $_2$异质结构的电子，机械和振动特性，所述异质结构使用具有不同晶格失配幅度的5 $\times$ 5/4 $\times$ 4和4 $\times$ 4/3 $\times$ 3超晶胞几何形状产生。讨论了不同层间距对异质结电子性质的影响。我们的声子计算表明，层间剪切和呼吸声子模式，这是非常敏感的弱vdW相互作用，在描述所研究的系统的热性质起着至关重要的作用。进一步讨论了异质结构的热力学和弹性性质。我们的结果和其他研究小组的结果报告之间的比较。
2018-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Carbon-related Bilayers: Nanoscale Building Blocks for Self-Assembly Nanomanufacturing
使用第一性原理总能量方法，我们研究了石墨烯类碳单层和双层，与氮和硼原子官能化的性质。由此产生的稳定的结构进行了探讨，在其潜在的使用作为纳米级的二维积木的宏观结构的自组装。我们最初考虑用氮和硼官能化的石墨烯单层，但就各自的层声子谱而言，它们都不是动态稳定的。然后，我们考虑了官能化的石墨烯样双层（标记为NCCN、NCNC、BCCB和NCCB），分析了它们的稳定性、电子和机械性质以及化学反应性。我们发现，虽然NCCN，NCNC和NCCB双层是稳定的，BCCB的一个不是。此外，NCCN和NCCB双层被探索为用于纳米结构自组装的潜在二维构建块，其可以形成稳定的本体结构。特别是，NCCB双层似乎是作为构建块的最佳选择，因为通过堆叠NCCB双层形成的所得3D晶体在能量上是稳定的。
2019-09-11 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of spin-orbit torque in a Co/Pt bilayer
采用第一性原理非平衡格林函数方法计算了无序Co/Pt双层膜中自旋-轨道矩的角度依赖性，并在Anderson无序上用一个明确的超原胞平均.除了通常的dampinglike和fieldlike条款，奇扭矩包含一个相当大的平面霍尔类条款$(\mathbf{m\cdot E})\mathbf{m}\times(\mathbf{z}\times\mathbf{m})$，其贡献的电流诱导阻尼是一致的实验观察。类阻尼力矩和类平面霍尔力矩对无序度的依赖性很弱，而类场力矩随无序度的增加而下降。对阻尼有贡献的力矩几乎完全是由于Pt原子上的自旋-轨道耦合，但类场力矩不需要它。
2019-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitonic Effects on the Optical Response of Graphene and Bilayer Graphene
我们提出了第一性原理计算的多电子效应的光学响应的石墨烯，双层石墨烯，石墨采用GW-Bethe Salpeter方程的方法。我们发现，共振激子形成在这些二维半金属。共振激子引起的4.5 eV附近的吸收光谱中的一个突出的峰与不同的线的形状和显着的红移峰位置从一个独立的准粒子图片中所产生的带间跃迁的吸收峰。在红外区，我们计算出的每层石墨烯的吸光度近似为常数，2.4%，与最近的实验一致;由于能带结构效应，双层石墨烯具有额外的低频特征。
2009-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Emergence of Flat-Band Magnetism and Half-Metallicity in Twisted Bilayer Graphene
利用第一性原理计算证明了压缩扭曲双层石墨烯的平带磁性和半金属性。我们表明，动态带结构工程在扭曲的双层石墨烯是可能的，通过控制化学成分与外部掺杂，层间耦合强度与压力，和磁有序与外部电场。通过改变旋转顺序和减少层间分离，电荷密度的不平衡分布导致局部磁矩的自发显现，而不破坏双层的结构完整性。在大晶胞中估计了磁矩之间的弱交换相关。外部电场将局部磁有序从铁磁转变为反铁磁。取代掺杂改变了一个自旋分布的化学势，导致半金属性。压缩扭曲双层石墨烯片表现出自发磁化，这表明磁矩之间的相关性并不是其形成的必要条件。
2019-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Unconventional spin-orbit torque in transition metal dichalcogenide/ferromagnet bilayers from first-principles calculations
基于最近在\ch{WTe2} /坡莫合金双层膜系统中观察到的非常规类面外阻尼力矩，我们采用第一性原理和线性响应理论计算了二维过渡金属二硫属化物（TMD）-铁磁体异质结构中产生的自旋轨道力矩.我们的\ch{WTe2} /Co和\ch{MoTe2} /Co异质结中的自旋轨道转矩的数值计算显示了传统的和新颖的阻尼类torkances（转矩每电场）具有可比的幅度，周围$100~\hbar/2e~(\rm Ω\cdot cm)^{-1}$，电场施加垂直于TMD层的镜面。为了进一步了解阻尼扭矩的来源，我们计算了TMD和Co层之间的自旋电流通量，并发现两个量之间的良好协议。这表明，传统的阻尼类自旋-轨道扭矩的图片，其中扭矩的结果从自旋霍尔效应加上自旋转移扭矩，主要适用于TMD/Co双层系统。
2020-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles exploration of superconductivity in intercalated bilayer borophene phases
本研究通过第一性原理和Eliashberg计算，探索了插层双层硼烯的超导电性，发现碱土金属插层可显著提高临界温度，最高达58 K，且比单层更稳定，为二维硼基超导体开发提供了新途径。
2024-07-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Theoretical Prediction of Stable Cluster-assembled CdSe Bilayer and its Functionalization with Co and Cr Adatoms
在这篇文章中，我们提出了我们的研究结果组装后的双层战略布局的镉$_6$硒$_6$集群。利用密度泛函理论研究了这些双层膜的稳定性和电子结构，并进一步用Barthel、Tersoff和Hamann形式分析了它们的隧穿性质。我们的计算表明，这些集团的六边形排列占主导地位的最稳定的几何显示所有的真实声子模式。对这种二维结构的第一性原理分子动力学研究表明，它即使在室温下也保持完整。这种双层显示出1.28~eV的间接半导体带隙，具有类似于隧道二极管的电流-电压（I-V）特性。此外，我们使用过渡金属原子Co和Cr将该双层官能化。目的是寻找双层是否维持磁性以及浓度如何影响其电子和磁性。Co功能化在双层中带来铁磁有序，其在增加浓度时变为接近半金属。另一方面，Cr官能化显示出从反铁磁有序铁磁有序增加的浓度时的过渡。所有这些功能化的双层膜的I-V特性表现出类似于隧道二极管的负微分电导。
2019-03-13 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of spin-orbit torques in Mn$_2$Au/heavy-metal bilayers
利用非平衡格林函数方法计算了Mn $_2$ Au/重金属双层膜中的自旋轨道矩，其中重金属为W或Pt.在Mn $_2$ Au中，自旋-轨道耦合（SOC）产生了强的类场力矩和弱的类阻尼力矩，类场力矩在两个子晶格上平行，与电导率成线性比例，类阻尼力矩在两个子晶格上反平行.与W或Pt的接口产生平行的阻尼扭矩的相反的符号是类似的大小在铁磁双层和类似的不敏感的障碍。类阻尼力矩效率强烈地依赖于界面的终止和Mn $_2$ Au中自旋-轨道耦合的存在，这表明类阻尼力矩不仅仅是由于HM层中的自旋-霍尔效应。界面也诱导反平行fieldlike和dampinglike扭矩，可以深入到Mn $_2$ Au。
2022-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of strain on the electronic and magnetic properties of bilayer T-phase VS2: A first-principles study
本文采用DFT第一性原理计算研究双层T相VS2在拉伸和压缩应变下的电子结构与磁性，揭示应变对易面各向异性、交换参数及居里温度的调控规律。
2023-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quenching of low-energy optical absorption in bilayer C$_3$N polytypes
在这项工作中，我们提供了第一性原理描述的电子和光学性质的双层C $_3$ N，具有不同的堆叠图案AB，AB $'$和AA $'$。从准粒子电子能带结构出发，求解Bethe Salpeter方程（BSE），得到了这些双层膜的激子性质。对于所有的堆叠序列，我们看到强的光吸收的能量低于但接近的单层。最相关的，我们预测一个强大的淬火的低能量的光吸收，与可以忽略不计的振荡器强度的低位束缚激子。这是一个独特的现象，不会出现在单层的情况下，也没有在其他常见的同质双层。我们解释这些发现的小带间偶极矩阵元素相关的价导跃迁参与这些激子，并讨论他们在不同的堆叠图案。
2023-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Semiconductor-metal transition in semiconducting bilayer sheets of transition metal dichalcogenides
利用第一性原理计算，我们表明，半导体过渡金属二硫属化物（TMD）的双层片的带隙可以通过施加垂直压缩压力平滑地降低。这些材料在临界压力下经历普遍可逆的半导体到金属（S-M）转变。S-M跃迁是由于层间相互作用通过金属到硫族元素的电荷转移而引起的费米能级的简并度的提升。利用混合泛函和GW方法对S-M跃迁进行带隙修正后，仍能再现S-M跃迁。在宽能量范围内以受控方式调节TMD带隙的能力为其在一系列应用中的使用开辟了可能性。
2012-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Graphene/MoS2 van der Waals Bilayer as the Anode Material for Next Generation Li-ion Battery: A First-Principles Investigation
我们进行了密度泛函理论（DFT）计算的双层异质结构结合的石墨烯层与二硫化钼层与插入和不插入锂原子。我们的计算证明了范德华（vdW）相互作用的重要性，这是至关重要的层之间形成稳定的键合。我们的DFT计算正确地再现了线性色散，或狄拉克锥，功能在费米能的孤立的石墨烯单层和带隙的二硫化钼单层。对于组合的石墨烯/MoS 2双层，我们观察到有趣的电子结构和态密度（DOS）特性附近的费米能，显示两个间隙的功能的MoS 2层和间隙状态与线性色散主要由石墨烯层贡献。我们计算的总态密度（DOS）在这个vdW异质结显示，石墨烯层显着有助于钉扎费米能在中心的带隙的MoS 2。我们还发现，在石墨烯/MoS 2异质结构的层之间插入Li离子通过阳离子（Li吸附原子）和阴离子（石墨烯和MoS 2单层）之间的轨道杂化来增强结合能。此外，我们计算了Li插层石墨烯/MoS 2异质结构的介电函数，其虚部可以直接与光学电导率的实验测量进行比较，以验证我们的理论预测。我们在介电函数的虚部中观察到尖锐的特征，这表明在光学电导率中存在Drude峰，因此在锂化石墨烯/MoS 2异质结构中存在金属性。
2015-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable phonon magnetic moment in bilayer graphene
本文提出第一性原理量子方法计算固体声子磁矩，在栅控双层石墨烯中发现经典理论无法解释的显著且栅压可调磁矩，证明量子处理的必要性。
2023-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical properties of SnX2(X=S, Se)-InSe van der Waals heterostructures from first- principle calculations
在这项工作中，从第一性原理模拟，我们调查双层范德华异质结（vdWh）的新兴的2维（2D）光学材料SnS 2和SnSe 2与单层InSe。采用密度泛函理论（DFT）计算方法研究了SnX 2（X=S，Se）-InSevdWh的结构、电子、光学和载流子输运性质.计算结果表明，SnX 2 -InSe在其最稳定的堆垛形式（AB-1）下是一种具有小（0.6- 0.7eV）间接带隙的材料。双层vdWh显示出宽光谱光学响应，在红外到可见光区域具有多个峰。在载流子输运性质方面，观察到电导的不对称性相对于传输方向和电子和空穴传输。从纳米电子学和光子学的角度来看，这些发现是有希望的。
2019-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Energy gaps, magnetism, and electric field effects in bilayer graphene nanoribbons
采用第一性原理密度泛函电子结构方法，研究了双层石墨烯纳米带的能隙和磁性随带宽和层间电场强度的变化.我们假设AB（Bernal）堆叠，并考虑扶手椅和锯齿形边缘以及两个边缘对齐，其区别在于一个层相对于另一个层旋转60 $^o$。扶手椅带具有三种类型的双层间隙，其随着带宽度的增加而减小。层之间的外部电场增加了窄带的间隙，并减少了宽带的间隙，这是一种可以使用$π$带紧束缚模型和微扰理论半解析地理解的性质。锯齿形边缘带的磁性是不同的两个不同的边缘对齐，并不强大的所有考虑的交换相关近似。双层带隙对磁性的存在或不存在很敏感。
2008-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Systematic investigation of the structure of the Si(553)-Au surface from first principles
本文对Si（553）-Au重构结构进行了全面的研究。两百多个不同的试验结构进行了研究，使用第一性原理密度泛函计算与SIESTA代码。一个迭代程序，逐步增加的准确性和计算成本的计算，被用来允许研究这一大量的配置。我们考虑了限制在最顶层双层的重建，并研究了两种类型：i）“平坦”表面双层模型，其中最顶层双层的原子与底层主体呈现不同的配位和登记，ii）九种不同的模型，基于Si（553）表面的$π$键合链重建的不同位置上的硅原子被金原子取代。我们已经开发了一个紧凑的符号，使我们能够标记和识别所有这些结构。这对于自动生成试验几何形状和计算不等价结构的数量非常有用，即，具有不同的键合拓扑结构。最稳定的模型是那些在台阶边缘呈现蜂窝链结构的模型。我们的一个模型（模型f2）再现了室温光电发射和扫描隧道显微镜数据的主要特征。因此，f2结构是Si（553）-Au表面高温结构的一个很好的候选者。
2007-12-11 cond-mat.mtrl-sci
G band Raman double resonance in twisted bilayer graphene: an evidence of band splitting and folding
堆垛层错（偏离Bernal）将破坏多层石墨烯的平移对称性，并在一定程度上改变它们的电子和光学行为，这取决于层间耦合强度。研究了堆叠诱导能带分裂和折叠对扭曲双层石墨烯电子能带结构的影响。基于第一性原理密度泛函理论研究，我们预测石墨烯层的能带折叠效应可能使G带拉曼双共振在可见光激发范围内发生。这样的预测证实了实验与我们的拉曼观察，共振G模式的共振能量强烈依赖于石墨烯层的堆叠几何形状。
2009-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Twist-Angle Engineering of Moiré Potentials for High-Performance Ionics in Bilayer Graphene
Institute of Industrial Science, The University of Tokyo（东京大学工业科学研究所）
研究通过第一性原理密度泛函理论探讨双层石墨烯中锂插层行为，发现Sigma 37结构在扭角9.43度时同时实现最优插层能与最低扩散势垒，解决了传统堆叠配置的矛盾。
2026-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Anomalous Hall and Half-metallic Phases in Ferromagnetic (111) Bilayers of 4d and 5d Transition Metal Perovskites
在人工氧化物异质结构中可以形成特殊的电子相，这将为新的物理学提供肥沃的土壤，也会产生新的器件功能。基于系统的第一性原理密度泛函理论研究了4d和5d过渡金属钙钛矿（111）超晶格（ABO 3）2/（AB'O3）10的磁性和电子性质（B = Ru，Rh，Ag，Re，Os，Ir，Au; AB'O_3 = LaAlO_3，SrTiO_3），我们证明了由于量子限制，双层（LaBO_3）_2（B = Ru，Re，Os）和（SrBO_3）_2（B = Rh，Os，Ir）是铁磁性的，有序化温度可达室温。特别是，双层（LaOsO 3）2是一种奇异的自旋极化量子反常霍尔绝缘体，而其他铁磁双层金属具有大霍尔电导可比的电导量子。此外，双层（LaRuO 3）2和（SrRhO 3）2是半金属，而双层（SrIrO 3）2具有独特的巨大的磁各向异性。因此，我们的研究结果表明，4d和5d金属钙钛矿（111）双层是一类准二维材料，可用于探索奇异量子相，也可用于低功率纳米电子学和氧化物自旋电子学等高级应用。
2016-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Wavefunction textures in twisted bilayer graphene from first principles
Harvard University（哈佛大学）；Nanyang Technological University Singapore（南洋理工大学新加坡）；Florida State University（佛罗里达州立大学）
本研究通过从头原理计算揭示扭曲双层石墨烯中波函数纹理的形成机制及其与拓扑和关联相的关联。
2026-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Contrasting diffusion behaviors of O and F atoms on graphene and within bilayer graphene
石墨烯表面吸附原子的化学修饰对于纳米电子学的应用具有重要意义。基于第一性原理密度泛函理论，考虑范德华相互作用，比较研究了氧（O）和氟（F）原子在石墨烯表面和双层石墨烯层间的扩散特性.我们发现，O和F原子具有较低的结合能之间的双层石墨烯相比，在石墨烯。有趣的是，O原子的计算扩散势垒从石墨烯上的0.81 eV略微增加到双层石墨烯内的0.85 eV，而F原子的计算扩散势垒从石墨烯上的0.30 eV显著降低到双层石墨烯内的0.18 eV。双层石墨烯内的O和F扩散的这种对比行为可以追溯到它们不同的键合性质：即，在C $-$ C键的桥位上具有强共价C $-$ O $-$ C键的O吸附原子在一个石墨烯层上扩散，而另一个石墨烯层轻微干扰，而在C原子顶部上具有弱离子F $-$ C键的F吸附原子容易通过在两个石墨烯层之间跳跃而扩散，同时从两个层接受更多的电子电荷。本研究结果对于理解F和O原子在石墨烯上和双层石墨烯内的扩散过程具有重要意义。
2016-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of high-frequency Raman modes and their doping dependence in twisted bilayer MoS2
扭曲的范德华异质结构为研究强关联量子相位提供了一个新的平台。这些异质结构中的层间耦合对扭转角（$θ$）敏感，并且是可控地调节几种奇异性质的关键。在这里，我们展示了一个系统的演化层间耦合强度与扭转角在双层$\mathrm{MoS_{2}}$使用拉曼光谱和经典模拟相结合。在零掺杂，我们显示了\textit{monotonic}增量的$\mathrm{A_{1g}}$和$\mathrm{E^{1}_{2g}}$模式频率之间的分离$θ$从$10^{\circ} \to 1^{\circ}$，这饱和的双层在小扭转角减少。此外，使用掺杂依赖的拉曼光谱，我们揭示$θ$依赖的软化和$\mathrm{A_{1g}}$模式的加宽，而$\mathrm{E^{1}_{2g}}$模式保持不受影响。使用第一性原理为基础的模拟，我们证明了大（弱）的电子-声子耦合的$\mathrm{A_{1g}}$（$\mathrm{E^{1}_{2g}}$）模式解释实验观察到的趋势。我们的研究提供了一种非破坏性的方法来表征扭曲角，层间耦合，并建立了声子的操纵扭转双层$\mathrm{MoS_{2}}$（扭转非线性）。
2019-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Parallel electron-hole bilayer conductivity from electronic interface reconstruction
钙钛矿型SrTiO $_3$-LaAlO $_3$结构已经发展成为研究极性界面富电子现象的模型体系。使用第一原理计算和运输测量，我们证明了一个额外的SrTiO $_3$盖帽层防止在LaAlO $_3$表面的结构和化学重建，并触发电子重建在一个显着较低的LaAlO $_3$膜厚度比未盖帽的系统。结合理论和实验证据（从磁输运和紫外光电子能谱学）表明，两个空间分离的电子和空穴载流子，这是接近1 nm的片。
2010-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Orbital mixing and nesting in the bilayer manganites La$_{2-2x}$Sr$_{1+2x}$Mn$_2$O$_7$
La $_{2-2x}$ Sr $_{1+2x}$ Mn $_2$ O $_7$化合物的掺杂水平$0.3\leq x\leq 0.5$的第一原理研究表明，低能量的多数自旋载流子的电子结构是由强大的动量依赖的Mn $e_g$ $d_{x^2-y^2}$和$d_{3z^2-r^2}$轨道之间的相互作用，除了$x$依赖的Jahn-Teller失真，不同的铁磁和反铁磁相。费米表面表现出嵌套行为，反映了在静态磁化率，其位置作为动量的函数有一个非平凡的依赖$x$的峰值。
2008-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Growth Structure and Work Function of Bilayer Graphene on Pd(111)
利用原位低能电子显微镜和密度泛函理论研究了双层石墨烯在Pd（111）表面的生长结构和功函数。低能电子衍射分析确定，两个石墨烯层具有相对于彼此和衬底平面的多个旋转取向。我们观察到异质成核和同时生长的多个，多面层完成之前的第二层。我们提出，小面的形状是由于在较大的覆盖层下生长的石墨烯层的边界终止的边缘。我们还发现，双层石墨烯域的功函数高于单层石墨烯的功函数，并且敏感地依赖于两层相对于衬底的取向。基于第一性原理模拟，我们将这种行为归因于石墨烯/Pd和石墨烯/石墨烯界面处的相反取向的静电偶极子，其强度取决于两个石墨烯层的取向。
2012-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Topological Properties of Bulk and Bilayer 2M WS$_2$: A First-Principles Study
最近发现的体相WS $_2$的2M相被观察到具有超导性，其临界温度为8.8 K，是超导过渡金属二硫属化物中最高的。还预测支持受保护的表面状态，它可能是一个潜在的拓扑超导体。在本研究中，我们进行了详细的第一性原理分析散装和双层2M WS $_2$。我们报告的体相的全面调查，比较从不同的交换相关泛函的实验报告值的结构和电子性质。通过对$Z_2$不变量和表面态的计算，我们支持了它的非平凡能带性质。基于体相分析的结果，我们预测双层2M WS $_2$是一种新的二维拓扑材料。我们从第一性原理声子计算证明了它的动力学稳定性，并给出了它的电子性质，突出了W $d$和S $p$状态之间的带反转。通过$Z_2$不变的计算和计算的边缘状态，我们表明，双层2M WS $_2$具有保护，强大的边缘状态。在这个新提出的双层反转对称性破缺也导致了Berry曲率偶极子的存在和由此产生的非线性响应。我们计算了Berry曲率分布和偶极子作为费米能量的函数。我们建议，BCD信号，这是不存在于中心对称的散装2M WS $_2$，可以是双分子层的签名。我们希望我们的预测能够导致这种尚未发现的二维拓扑材料的实验实现。
2021-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Spin-orbit torques in Co/Pt(111) and Mn/W(001) magnetic bilayers from first principles
通过空间反转非对称磁体的外加电流在磁矩上感应自旋轨道力矩（SOT），这对未来的存储器件具有很大的希望。我们讨论了适用于计算无序铁磁体线性响应SOT的一般格林函数表达式。的SOT可以被分解成一个偶数和一个奇数的组件相对于磁化反转，其中在消失的障碍的限制，偶数的SOT是由恒定的Berry曲率的占用状态，而奇数部分表现出发散相对于无序强度。在此基础上，我们用第一性原理密度泛函理论计算了Co/Pt（111）和Mn/W（001）磁性双层膜中的SOT.我们发现偶数和奇数扭矩分量的大小相当。此外，奇扭矩强烈依赖于额外的覆盖层，而偶扭矩则不太敏感。我们发现，偶扭矩几乎完全介导的自旋电流相反，奇扭矩，它可以包含一个重要的贡献，而不是由于自旋转移。我们的结果与实验一致，表明我们的线性响应理论非常适合于复杂铁磁体中SOT的描述。
2014-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles electron-phonon interactions and electronic transport in large-angle twisted bilayer graphene
本研究通过第一性原理计算13.2°和21.8°大角度公度tBLG的电子-声子相互作用与电阻率，揭示层呼吸声子增强谷间散射并导致偏离温度线性电阻率。
2024-02-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First principles calculation of structural and magnetic properties for Fe monolayers and bilayers on W(110)
采用全电子全势线性缀加平面波（FP-LAPW）方法，对5 ML W（110）衬底上的1和2个Fe单层（ML）结构进行了优化。最后，对优化后的结构进行了磁矩计算。我们发现Fe-W和相邻的Fe-Fe层间距与相应的体W-W和Fe-Fe层间距相比有显著的收缩（$\sim$ 10%）。与2.2 $μ_B$的Fe bcc体磁矩相比，Fe的表面层的磁矩增加了（i）对于1 ML Fe/5 ML W（110）增加了15%至2.54 $μ_B$，以及（ii）对于2 ML Fe/5 ML W（110）增加了29%至2.84 $μ_B$。2 ML Fe/5 ML W（110）的内层Fe层具有2.3 $μ_B$的类体磁矩。这些结果与以前的实验数据吻合得很好。
1999-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Twisted bilayer graphene from first-principles: structural and electronic properties
Harvard University（哈佛大学）；Nanyang Technological University Singapore（南洋理工大学）；Florida State University（佛罗里达州立大学）
本文通过第一性原理研究不同扭角下扭曲双层石墨烯的结构和电子性质，采用DFT方法获得放松的共轭结构，并与连续弹性模型对比，揭示费米速度和带宽与扭角的关系，为后续研究提供基础。
2026-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First Principles Study of Bismuth Films at Transition Metal Grain Boundaries
最近的实验表明，Bi杂质偏析形成双层膜的Ni和Cu晶界，但不偏析的Fe。为了解释这些现象，我们用密度泛函理论研究了过渡金属（TM）$Σ$ 3（111）和$Σ$ 5（012）GB上Bi薄膜的总能量.我们的结果与观测到的稳定性一致。我们提出了一个模型来预测Bi双分子层的稳定性在镍GBs，这表明Bi双分子层是不稳定的（111）扭曲CSL GBs，但在大多数（100）扭曲CSL GBs是稳定的。我们研究了Bi和TMs之间的相互作用和成键特征，以解释基于轨道和磁性的局域化的TMs之间的差异。
2013-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Van Hove Singularities and Excitonic Effects in the Optical Conductivity of Twisted Bilayer Graphene
我们报告了一个系统的研究扭曲双层石墨烯（tBLG）在一个大的能量范围内（1.2 eV至5.6 eV）的各种扭曲角，结合第一性原理计算的光学电导率。在以前未探索的高能量下，我们的数据显示了tBLG带中多个van Hove奇点（vHS）的特征，以及单层石墨烯带的非线性及其电子-空穴不对称性。我们的数据还表明，激子效应在tBLG的光谱中起着至关重要的作用。包括电子-空穴相互作用的第一性原理计算是必不可少的再现的电导率谱的形状，我们发现的证据与多个vHS在tBLG的状态之间的相干相互作用。
2014-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
