Surface termination dependence of electronic and optical properties in Ti$_2$CO$_2$ MXene monolayers
二维（2D）MXene是一个快速增长的2D材料家族，具有丰富的物理和化学性质，其表面终止起着至关重要的作用。在各种2D MXene中，Ti $_{n}$ C $_{n-1}$相与氧（O）原子的官能化使得它们对于光电应用是有吸引力的，这是由于它们的光学带隙位于红外或可见光区域中。在这篇手稿中，我们从理论上研究了四种不同的O-原子官能化的Ti $_{n}$ C $_{n-1}$ MXene单层的电子和光学性质，使用国家的最先进的，第一性原理技术。特别是，我们计算了准粒子修正的密度泛函理论（DFT）的GW水平和激子为主的光谱通过求解贝特-萨尔彼得方程（BSE）也在有限的动量。我们发现，除了一个单层模型是间接带隙半导体准粒子修正是非常重要的（$\sim 1$ eV）。相反，光谱由具有大结合能（在$0.5$和$1$ eV之间）的直接和间接激子主导。大多数直接激子位于$1.5$ eV以上，而间接激子位于$1.5$ eV以下：因此，我们得出结论，Ti $_{n}$ C $_{n-1}$应该在可见光区显示强吸收，但在红外区显示声子辅助发射。因此，我们的工作揭示了潜在的使用表面终端调整的光学和电子性能的Ti $_{n}$ C $_{n-1}$ MXene单层，同时强调的关键作用，超越DFT的多体效应，以获得准确的预测这些系统。
2022-09-21 cond-mat.mtrl-sci
The effect of mixed termination composition in Sc, Ti, and V-based MXenes
本文研究混合表面终端对Sc、Ti、V基MXenes稳定性与电子性质的影响，发现约1%的特定终端即可使半导体形式转变为导电，解释了合成半导体MXenes的困难。
2024-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stereochemical Vacuum Gap Explains Out-of-Plane Thermal Insulation in MXenes
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
研究MXenes材料热导率差异问题，通过非平衡分子动力学模拟Ti3C2Tx，发现立体化学诱导的真空间隙导致热导率差异，指出热导率与原子密度相关，引入大体积表面终止可降低热导率，提出化学驱动设计热传输的途径。
2026-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Superior Structural, Elastic and Electronic Properties of 2D Titanium Nitride MXenes Over Carbide MXenes: A Comprehensive First Principles Study
采用密度泛函理论研究了二维TiC/TiN基纯MXene（Tin+1Cn/Tin+1 Nn）和功能化MXene（Tin+1CnT 2/Tin+1 NnT 2，T代表端基：-F，-O和-OH，n = 1，2，3）的结构、弹性和电子性质.基于碳化物的MXene具有比基于氮化物的MXene更大的晶格常数和单层厚度。Tin+1 Nn的面内杨氏模量大于Tin+1Cn的面内杨氏模量，但两种体系的面内杨氏模量均随单层厚度的增加而减小.结合能计算表明，具有较大单层厚度的MXene具有较好的结构稳定性。吸附能的计算表明，Tin+1 Nn更倾向于吸附在端基上，这表明氮化物基MXene具有更高的表面活性.更重要的是，观察到几乎自由电子状态存在于-OH官能化的基于碳化物/氮化物的MXene的表面之外，特别是在Tin+1 Nn（OH）2中，其提供几乎完美的传输通道而没有用于电子输运的核散射。氮化物基MXene的总电导率被确定为高于碳化物基MXene的总电导率。氮化钛基MXenes的优异性能，包括强表面吸附，高弹性常数和杨氏模量，以及良好的金属导电性，使它们成为催化和储能应用的有前途的材料。
2018-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of flexoelectricity in MXene monolayers
本文利用Kohn-Sham密度泛函理论计算了126种MXene单层的横向挠电系数，发现其数值跨度大且几乎各向同性，并揭示了过渡金属、成分及厚度对挠电响应的影响规律。
2025-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical tuning of robust layered antiferromagnetism in MXene monolayer
本文通过第一性原理预测MXene Cr$_2$CCl$_2$单层具有高Néel温度的稳健层状反铁磁性，并证明电场或邻近铁电层可打破其反演对称性，为磁电场效应晶体管和非易失性磁电调控提供理想平台。
2023-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Topological Phase Transition Induced by Image Potential States in MXenes: A Theoretical Investigation
MXene是二维过渡金属碳化物和氮化物的一个家族，具有各种可调的物理和化学性质。它们在电子和能量存储设备中的各种潜在应用引发了科学和技术的极大兴趣。MXene可以通过不同的表面封端来官能化。一些O和F官能化的MXene单层已经被预测为拓扑绝缘体（TI）。然而，报道的OH官能化MXenes TI非常少，并且它们的电子结构需要更详细地研究。结果表明，OH终止使MXene的功函数显著降低，像势（IP）态向费米能级移动。这些IP状态的波函数在空间上延伸到表面之外。通过堆叠OH官能化的MXene，IP态的能量可以通过多层膜的层间距离来调制，因为相邻层之间的波函数的重叠和杂化是显著的。因此，这些堆叠层与IP状态相互作用和耦合。在这里，基于第一性原理计算，我们证明了二维拓扑平凡的OH-官能化MXene，如V $_2$ HfC $_2$（OH）$_2$的堆叠，可能会产生拓扑非平凡的能带。换句话说，V $_2$ HfC $_2$（OH）$_2$多层膜的拓扑性质可以通过其层间距离来调制。提出了一种涉及激元态的能带反演方法。我们期望这些结果可以推进MXene或其他低功函数多层材料作为可控TI器件的未来应用。
2020-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Chemical Bonding of Termination Species in 2D Carbides Investigated through Valence Band UPS/XPS of Ti3C2Tx MXene
MXene是技术上有趣的2D材料，在许多应用中显示出潜力。MXene的性质在很大程度上取决于构建2D MX层的元素的选择。用于调整有吸引力的材料性质的另一个关键参数是终止MX层表面的物种。虽然是一个重要的参数，MX层和终止物种之间的键合的实验研究很少，因此一个有趣的调查主题。在这里，我们表明，终止物种氟（F）键的Ti 3C 2-表面主要通过Ti 3 p-F 2 p杂化和氧（O）键通过Ti 3 p-O 2 p杂化与Ti 3d和Ti 4p的显着贡献。研究进一步表明，Ti_3C_2-表面不仅在三重空心面心立方（fcc）位置上被F和O封端。大量的O位于与Ti 3C 2-表面上的两个Ti表面原子键合的桥位上。此外，结果没有提供氢氧化物（OH）终止在Ti 3C 2-表面上的支持。相反，通过紫外和X-射线光电子能谱学与计算光谱的态密度，矩阵元素和灵敏度因子加权得到的价带强度分布的比较，揭示了OH不能被认为是一个固有的终止物种在Ti 3 C 2 Tx。这项研究的结果对正确建模MXene的结构和相应的材料特性具有重要意义。特别是在表面组成和电荷很重要的应用中，例如超级电容器、锂离子电池、电催化以及燃料和太阳能电池，其中嵌入过程至关重要。
2021-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Prediction of induced magnetism in 2D Ti$_2$C based MXene by manipulating the mixed surface functionalization and metal substitution computed by xTB model Hamiltonian of the DFTB method
本研究用DFTB的GFN1-xTB模型预测Ti2C MXene混合表面官能化及Sc取代诱导的磁性，发现铁磁与两类反铁磁排列，并实现AFM到FiM转变，为MXene自旋电子学提供新思路。
2024-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Interaction and kinetics of H2, CO2, and H2O on Ti3C2Tx MXene probed by X-ray photoelectron spectroscopy
本研究利用XPS揭示H2、CO2和H2O在Ti3C2Tx MXene表面的吸附位点与反应行为，为其制备和应用环境选择提供依据。
2024-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Type-II multiferroic Hf$_{2}$VC$_{2}$F$_{2}$ MXene monolayer with high transition temperature
实现多铁性二维（2D）材料应该能够在纳米器件中实现许多功能。然而，到目前为止，预测的二维多铁性是非常少的，共存的，但只有松散耦合（I型）的铁电性和磁性。在此，鉴定了II型多铁性MXene Hf $_{2}$ VC $_{2}$ F $_{2}$单层，其中铁电性直接源自其磁性。非共线的Y型自旋序产生垂直于自旋螺旋平面的极化。值得注意的是，多铁性转变估计发生在室温以上。我们的研究应该打开大门，一个新的分支的二维材料的追求内在的强磁电。
2019-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Compositional Complexity-Induced Ultralow Friction in Medium-Entropy MXenes
Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；Missouri University of Science and Technology（密苏里科技大学）；National Energy Technology Laboratory (NETL)（国家能源技术实验室）；University of Toronto（多伦多大学）；Purdue University（普渡大学）
研究中熵MXenes的摩擦行为，发现组分复杂性通过表面化学调控摩擦，中熵MXenes因更高的OH含量和OH到O的转化率，表现出更低的摩擦系数，达到超润滑水平。
2026-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Self-supported bulk MXene electrodes for electrochemical hydrogen applications
Max Planck Institute for Sustainable Materials（马克斯·普朗克可持续材料研究所）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
本文提出一种制备自支撑bulk MXene电极的方法，通过冷压和真空热处理实现高导电性和稳定性，适用于电化学氢应用。
2025-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Density Functional Study of Structural and Electronic Properties of Functionalized \ce{Ti_{n+1}X_n} (X= C, N) monolayers
使用常规（PBE）和混合（HSE 06）泛函进行密度泛函理论模拟以研究具有由O、F、H和OH基团封端的表面的MXene单层、\ce{Ti_{n+1}C_n}和\ce{Ti_{n+1}N_n}（$n$ = 1- 9）的结构和电子性质。我们发现PBE和HSE 06给出了类似的结果。在没有官能团的情况下，MXene具有磁有序的基态。除了\ce{Ti_{2}CO_{2}}外，所有研究的材料都是金属的，我们预测它是半导体的。较厚MXene（$n$ $\geqslant$ 5）的费米能级处的计算态密度比薄MXene高得多，表明诸如电子导电性和表面化学的性质将是不同的。一般来说，碳化物和氮化物在相同的官能团下表现不同。
2013-06-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electronic transport in titanium carbide MXenes from first principles
基于第一性原理计算了四种碳化钛MXenes的电子与输运性质，发现电导率受表面端基和厚度影响，且动量弛豫时间近似（MRTA）比自能弛豫时间近似（SERTA）更吻合迭代玻尔兹曼方程结果。
2023-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Surface Reduction Boosts Free Electron Concentration in MXene for Enhanced Photothermal Performance
本研究针对MXene光热性能受限于自由电子浓度的问题，提出钠介导的熔盐表面还原策略，通过去除-Cl终端并注入电子提升载流子浓度等关键参数，实现创纪录光热转换效率，为高电子浓度需求应用提供新途径。
2025-07-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Stability of adsorption of Mg and Na on sulfur-functionalized MXenes
由过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）组成的二维材料有望彻底改变能量转换和存储。在这项工作中，我们使用密度泛函理论（DFT）研究吸附的Mg和Na原子上的5个M $_{2}$ CS $_{2}$单分子膜（其中M= Mo，Nb，Ti，V，Zr）的电池应用。我们评估的吸附原子（即钠和镁）-单层系统的稳定性，通过计算吸附和形成能，以及作为表面覆盖的函数的电压。例如，我们发现Mo $_{2}$ CS $_{2}$不能支撑整个Na层，甚至不能支撑单个Mg原子。Na和Mg在Zr $_{2}$ CS $_{2}$上表现出最强的结合，其次是Ti $_{2}$ CS $_{2}$、Nb $_{2}$ CS $_{2}$和V $_{2}$ CS $_{2}$。使用轻推弹性带方法（NEB），我们计算了有前途的扩散势垒稀释和几乎全离子表面覆盖的情况下。在稀离子吸附情况下，Ti $_{2}$ CS $_{2}$上的单个Mg和Na原子在最低能量位点之间分别经历$\sim$ 0.47 eV和$\sim$ 0.10 eV的扩散势垒。对于几乎完全的表面覆盖，在Ti $_{2}$ CS $_{2}$上移动的Na离子经历$\sim$ 0.33 eV的能量势垒，这意味着浓度依赖的扩散势垒。分子动力学计算结果表明，Ti $_{2}$ CS $_{2}$在300 K时，两个表面都有三层（一层）Mg（Na）离子存在。虽然，根据…
2021-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Magnetically and electrically controllable valley splittings in MXene monolayers
本文基于第一性原理研究多铁性Co$_2$CF$_2$ MXene单层的谷劈裂，发现H$^{\prime}$相和T$^{\prime}$相均可通过磁化方向旋转和电场调控谷劈裂的大小与符号，为谷电子学提供了多铁耦合调控新途径。
2023-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
MXene-based Ti2C/Ta2C lateral heterostructure: an intrinsic room temperature ferromagnetic material with large magnetic anisotropy
利用第一性原理计算研究 Ti₂C/Ta₂C MXene 横向异质结构，揭示其增强力学强度、界面电荷重排、低功函数及高居里温度与大磁各向异性，适用于二维自旋电子学等领域。
2023-06-07 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Study of Photocatalytic Water Splitting by M$_1$M$_2$CO$_2$ (M$_1$ = Zr,Hf; M$_2$ = Hf,Ti,Sc) MXenes
本文通过第一性原理DFT计算研究M$_1$M$_2$CO$_2$ MXenes，筛选出ZrHfCO$_2$和ZrTiCO$_2$作为适合光催化分解水的候选材料，并揭示其在可见光和紫外区域具有良好吸收及光电应用潜力。
2023-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A new 2D monolayer BiXene, M2C (M=Mo, Tc, Os)
请注意，这是一个相当粗糙的版本，我们的手稿，因为上传tex文件是必要的（我们不愿意上传所有的tex文件）。在这里预测的BiXenes，一个新的家庭的二维单层的存在。理论上，BiXene具有1H对称性（P-6 m ~ 2），可以由4d/5d二元碳化物形成。顾名思义，它们是MXene的近亲，MXene具有1 T对称性（P-3 m1）。新发现的BiXene以及一些新的MXene的形成能接近锗烯的形成能，这表明这些材料应该是可以合成的。其中，我们说明1H-Tc 2C和1 T-Mo 2C在0 K下是动态稳定的，而1H-Mo 2C，1 TTc 2C，1H-Tc 2C和1 T-Rh 2C可能通过应变或温度稳定。此外，化学键的性质进行了分析，强调过渡金属离子和碳之间的共价性是强得多的BiXenes比MXenes。BiXenes的出现不仅可以开辟2D导电单层的新时代，而且还为已经在MXenes中亮相的储能和自旋电子器件的载体材料提供了良好的候选者。
2016-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strongly Modulated Exfoliation and Functionalization of MXene with Rational Designed Groups in Polymer: A Theoretical Study
MXene作为一种新兴的原子结构金属化合物，由于其丰富的表面封端和高的金属导电性，在催化剂和纳米电子学应用方面显示出巨大的潜力。然而，层间粘附的趋势和遭受环境干扰显著限制了它们的耐久性和效率。在此，通过进行第一性原理计算，我们探索了MXene通过聚合物的表面钝化和剥离，这些聚合物已经被实验证明可以提高性能。以MXene Ti3C2T2（T= None，O，F，OH，F_（0.5）O_（0.5））为原型，研究了9种单体在Ti3C2T2上的吸附和电荷转移行为，并与热力学和化学氧化还原反应进行了比较。我们的工作表明，裸露的Ti3C2 MXene具有很强的裂解和分解单体的能力。表面官能化的Ti3C2F2、Ti3C2FO和Ti3C2O2仅通过范德华力与单体具有弱结合，而Ti3C2（OH）2还表现出对一些单体的增强结合。单体中的特定官能团，如卤素、硫和羟基或相对平面的芳族结构，在很大程度上有助于吸附。我们发现，通过聚合物的功能化将改变载流子的密度通过界面电荷转移在MXene。虽然裸露的Ti3C2和Ti3C2（OH）2向聚合物提供电子，但Ti3C2F2、Ti3C2FO和Ti3C2O2接收少量从聚合物转移的电子，这高度取决于单体的类型。不同单体的电荷转移和剥离能量的变化能力意味着设计聚合物以剥离MXene并调节载流子密度的极大灵活性，这对于改变电导率、介电性质和提高耐久性是高度期望的。
2022-10-17 cond-mat.mtrl-sci
MXene's Surface Functionalization Patterns and Their Impacts on Magnetism
本研究通过密度泛函理论预测Ti$_2$C MXene表面氧和氟官能团的吸附模式，发现氧形成锯齿线状而氟形成岛状，并揭示这些模式如何影响磁性，为可调磁性和纳米器件设计提供指导。
2024-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of stacking, coordination, and surface chemistry on Al intercalation in V$_2$CT$_2$ and Ti$_3$C$_2$T$_2$ MXenes for Al-ion batteries
School of Physics, University College Dublin（都柏林大学三一学院物理系）；Centre for Quantum Engineering, Science, and Technology, University College Dublin（都柏林大学量子工程科学与技术中心）
研究通过密度泛函理论分析MXenes堆叠、配位和表面化学对Al离子电池中Al插层的影响，发现O终止层具有优异稳定性及高比容量，而F终止层则不稳定且容量低。
2026-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Contrasting Effects of Functionalization in Binary and Medium-Entropy MXene Coatings for Corrosion Protection
Texas A&M University（德克萨斯农工大学）
研究通过多层环氧涂层结合四种MXene系统，探讨功能化对防腐性能的影响，发现P-Ti3C2Tx具有最强的防腐性能，DFT计算揭示表面化学、电子结构和熵在设计下一代防腐涂层中的关键作用。
2026-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of electronic and magnetic properties of M$_2$C (M=Hf, Nb, Sc, Ta, Ti, V, Zr) monolayer by applying mechanical strains
通过应变工程来调节材料的电磁性能是提高电子和自旋电子器件性能的有效策略。近年来合成的二维过渡金属碳化物M $_2$ C（M=Hf，Nb，Sc，Ta，Ti，V，Zr），又称MXene，由于其独特的性质，在纳米电子技术领域引起了越来越多的关注。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了M $_2$ C在双轴对称应力作用下的电子和磁性.在无应变状态下，除了Ti $_2$ C和Zr $_2$ C分别显示出1.92和1.25 $μ_B$ /单位的磁矩之外，所有这些MXene都不显示出自发磁性。随着拉伸应变的增加，MXene的磁矩大大增强，并且在零应变下观察到这些MXene从非磁性到铁磁性的转变。在Hf $_2$ C中发现最明显的转变，其中在15%的应变下磁矩升高到1.5 $μ_B$ /单位。进一步证明了Hf $_2$ C的磁性是由Hf（5 $d$）态的能带位移引起的。这种应变可调的磁性可以用来设计未来基于MXene的自旋电子学。
2014-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Local chemical bonding and structural properties in Ti3AlC2 MAX phase and Ti3C2Tx MXene probed by Ti 1s X-ray absorption spectroscopy
利用X射线吸收近边结构（XANES）和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）研究了过渡金属碳化物MAX相Ti 3AlC 2和MXene Ti 3C 2 Tx中的化学键。MAX相是固有的纳米层压材料，其由Mn+1Xn的交替层和周期表中IIIA或IVA族的A元素的单层组成，其中M是过渡金属，X是碳或氮。用表面终止物质Tx代替A元素将分离Mn+1Xn层，形成Mn+1XnTx的二维（2D）薄片。对于Ti 3C 2 Tx，Tx对应于覆盖每个单个2D Mn+1Xn薄片的两侧的氟（F）和氧（O）。Ti_3AlC_2和Ti_3C_2Tx的K边（1 s）XANES均表现出C_（2 p）- Ti_（3d）杂化的特征边前吸收区，具有清晰的晶场分裂，而主边吸收特征源于Ti_（1 s）-> 4p激发，其中只有后者对终止物种的fcc位占据表现出敏感性。从EXAFS得到的配位数表明，Ti 3AlC 2和Ti 3C 2 Tx是高度各向异性的强平面内的贡献Ti和动态的平面外的贡献从铝单层和终止物种，分别。如温度依赖性测量所示，随着温度从室温升高到750 °C，O的贡献向较短的键长移动，而F减小。
2020-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical prediction of Structural Stability and Superconductivity in Janus Ti2CSH MXene
Chulalongkorn University（朱拉隆功大学）
该研究通过原理性计算预测了Janus Ti2CSH单层的结构稳定性与超导特性，揭示了其作为二维超导体的潜力。
2025-09-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Thickness-dependent catalytic activity of hydrogen evolution based on single atomic catalyst of Pt above MXene
本研究通过从头算计算探究不同厚度与端基的Pt掺杂MXene的析氢反应性能，发现厚度效应显著，Ti2CF2-PtSA等催化剂性能优异且稳定，揭示了基底厚度与表面修饰的关键作用。
2023-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Superconductivity in functionalized niobium-carbide MXenes
基于第一性原理和Eliashberg理论，研究发现Cl和S功能化可显著增强Nb$_2$C MXenes的超导电性，单层Nb$_2$CCl$_2$的$T_c$达10 K，栅极诱导可提升至40 K，并预测Nb$_3$C$_2$S$_2$的$T_c$约为30 K。
2022-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Mxenes for CO$\rm_{2}$ reduction and catalytically improved liquid hydrogen storage vie reverse water gas shift reaction
本研究利用MXenes（Ti$_2$C）作为催化剂，通过逆水煤气变换反应将CO$_2$还原为燃料并增强液态氢生成，发现表面自加氢机制可提升产氢效率。
2023-06-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Understanding effects of packing and chemical terminations on the optical excitations of azobenzene-functionalized self-assembled monolayers
在基于多体微扰理论的第一性原理研究中，我们分析了具有增加的堆积密度和不同终端的偶氮苯官能化自组装膜的光激发，考虑比较相应的气相分子和二聚体。分子间的耦合增加与密度的发色团独立的功能基团。引发光异构化的强烈的$π\rightarrowπ^*$共振存在于孤立的二聚体和稀释的自组装膜的光谱中，但在紧密堆积的结构中几乎完全被洗掉。通过混合不同官能化的偶氮苯衍生物，特别是当涉及大基团时，分子间偶联被部分抑制。以这种方式，诱导光异构化过程的激发带被部分地保留，并且致密堆积的影响被部分地抵消。我们的研究结果表明，一个定制的设计偶氮苯官能化的自组装膜，优化的生色团的堆积密度和它们的终止之间的相互作用，可以导致显着改善这些系统的光开关效率。
2017-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis and Electronic Structure of a Crystalline Stack of MXene Sheets
尽管在过去十年中对MXene感兴趣，但所有报道的MXene都具有表面末端（-O、-OH、-F）的随机混合物。此外，重新堆叠的膜具有乱层无序，并且通常在它们的层之间含有离子、溶剂和其他物质。在这里，我们报告Y2 CF2，一个层状晶体的晶胞同构的MXene，其中层只被氟阴离子。我们通过高温固相反应直接合成3D晶体，这提供了高产率和纯度的3D晶体，并确保只有氟离子终止层。我们使用实验和计算技术相结合的晶体结构和电子性质的特点。我们发现，相对较强的静电相互作用将层结合在一起形成3D晶体，并且层之间缺乏轨道重叠导致Y2 CF2被描述为彼此电绝缘的MXene状片的板。因此，我们认为Y2 CF2是MXene样片的纯3D晶体堆叠。此外，Y2 CF2是第一个实验合成的过渡金属碳化物氟化物。我们希望这项工作能激发对过渡金属碳化物氟化物的进一步探索，这是一个潜在的大而有用的组合物类别。
2019-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hybrid organic-inorganic two-dimensional metal carbide MXenes with amido- and imido-terminated surfaces
本研究开发了一类新型混合MXenes(h-MXenes)，其有机和无机部分通过氨基和亚氨基键合连接，结合了配位化学与表面科学概念，展现出有机-无机组分相干耦合及优异的抗水解稳定性。
2023-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Surface Chemistry-Driven Oxidation Mechanisms in Ti$_{\text{3}}$C$_{\text{2}}$T$_{\textit{x}}$ MXenes
本研究揭示了Ti$_3$C$_2$T$_x$ MXene在热处理中的两步氧化机制，发现合成路线与表面氟化物基团决定其氧化产物为锐钛矿或金红石型TiO$_2$。
2025-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Stacking and Layer dependence of magnetic properties in Ti\textsubscript{2}C and Fe\textsubscript{2}C
磁性MXene是探索二维磁性的重要材料家族。然而，从微观的角度来看，这些材料中的层厚度，堆叠模式和磁性的相互依赖性的调查仍然缺乏。在这项工作中，我们已经使用密度泛函理论（DFT）为基础的计算，以了解层厚度和堆叠在两个磁性MXene，Ti $_{2}$ C和Fe $_{2}$ C在其单层和双层形式的磁性能的影响。利用它们的电子结构和标准化模型计算和分析了基态磁结构、磁矩、磁交换作用、磁转变温度和磁各向异性能。我们发现，在这两个系统中，层厚度的增加（单层到双层）影响的基态磁配置，这是由磁交换相互作用的变化驱动。虽然在Ti $_{2}$ C中堆垛方式的影响很弱，但在Fe $_{2}$ C中，堆垛方式的影响在定性和定量上都是显著的。从电子结构的角度对计算结果进行了分析。结果表明，通过调整层厚和堆叠方式，可以在Fe $_{2}$ C中获得迷人的物理效应，使其更适合于器件应用。
2022-09-22 cond-mat.mtrl-sci
A Machine Learning Framework for Modeling Ensemble Properties of Atomically Disordered Materials
本文提出结合图神经网络与蒙特卡洛模拟的框架，高效计算无序材料系综性质，并以MXene表面终止无序为例，揭示其对电导率温度依赖的影响及光导率的稳健性。
2025-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Fabrication and characterization of boron-terminated tetravacancies in monolayer hBN using STEM, EELS and electron ptychography
本研究利用高剂量率STEM电子辐照在单层hBN中精确制造硼终止的四空位，并结合像差校正STEM、EELS和电子叠层衍射对其边缘终止、结构弛豫及键合效应进行了原子级表征。
2025-05-28 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
First principles studies of the electronic and structural properties of the rutile VO$_{2}$(110) surface and its oxygen-rich terminations
采用密度泛函理论（DFT）研究了金红石VO $_{2}$（110）表面及其富氧末端的结构和电子性质.我们讨论了各种DFT泛函的性能，包括PBE，PBE+U（U = 2 eV），SCAN和SCAN+rVV泛函与非磁性和铁磁自旋序。我们预测存在的环状终止，这是电子和结构相关的V $_{2}$ O $_{5}$（001）单层，并显示出比纯氧吸附相更高的稳定性。尽管事实上，所计算的相稳定性取决于所选择的功能，我们的研究结果表明，采用自旋极化的扫描功能提供了一个很好的折衷产生的金红石VO $_{2}$体相的结构和电子性质的合理描述和形成的焓为不同阶段的钒氧化。
2021-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Scanning Tunneling Microscopy Study of Epitaxial Fe3GeTe2 Monolayers on Bi2Te3
本文利用扫描隧道显微镜研究Bi2Te3上外延生长的Fe3GeTe2单层，揭示其生长形貌、晶格失配莫尔条纹、FeGe终止面重构及约190 K的铁磁性。
2023-11-20 cond-mat.mtrl-sci
High intrinsic lattice thermal conductivity in monolayer MoSi$_2$N$_4$
最近，成功合成了具有优异的环境稳定性、高载流子迁移率和中等带隙的新型二维（2D）MXene MoSi $_2$ N $_4$（Science 369，670，2020）。本文基于第一性原理计算，通过求解声子玻尔兹曼输运方程，预测了单层MoSi $_2$ N $_4$的本征晶格热导率。尽管Mo的原子质量很大且晶体结构复杂，但单层MoSi $_2$ N $_4$在300至800 K的宽温度范围内出人意料地表现出相当高的晶格热导率。在300 K时，其面内晶格热导率为224 Wm $^{-1}$ K $^{-1}$。详细的分析表明，大的群速度和小的非谐性是其高晶格热导率的主要原因。我们还计算了单层WSi $_2$ N $_4$的晶格热导率，它只比MoSi $_2$ N $_4$的晶格热导率小一点点。我们的研究结果表明，单层MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$是未来纳米电子器件中潜在的二维热传输材料。
2021-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface termination effect of SrTiO3 substrate on ultrathin SrRuO3
本研究通过原子分辨扫描透射电子显微镜揭示了SrTiO3衬底台阶效应对超薄SrRuO3薄膜横向不均匀性的影响，发现II型台阶导致单层SrRuO3横向不连续，强调使用单一终止衬底的重要性。
2023-12-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Surface structures of ZrO$_2$ films on Rh(111): From two layers to bulk termination
我们用扫描隧道显微镜（STM）和低能电子衍射（LEED）研究了Rh（111）衬底上2-10个单层（ML）厚度范围内的氧化锆薄膜。氧化锆的沉积使用UHV兼容的溅射源，导致在逐层生长和良好的均匀性的膜。对于2-4 ML的厚度，观察到衬底对薄膜的结构的层依赖性影响。超过此厚度，薄膜显示出（2 $\times$ 1）或扭曲（2 $\times$ 2）的表面结构相对于立方ZrO $_2$（111）;这些结构分别对应于四斜晶系和单斜晶系氧化锆。在高达730 °C的退火温度下发生四斜相;在850 °C或更高的退火温度下发生向结晶稳定的单斜相的转变。高温退火也会破坏薄膜并暴露Rh（111）衬底。我们认为，四斜晶系薄膜是稳定的缺氧，而单斜晶系薄膜只有弱缺陷，并显示带弯曲的缺陷和晶界。这一观察结果与正电荷负责氧化锆基固体电解质中的晶界阻挡效应是一致的。我们的工作介绍了四斜晶系和单斜晶系5毫升厚的ZrO $_2$膜Rh（111）作为非常适合的模型系统的表面科学研究的ZrO $_2$，因为他们没有表现出较厚的膜或散装材料的充电问题，并显示出更好的均匀性和稳定性比以前研究的ZrO $_2$ /Pt（111）系统。
2018-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Graphene on Insulating Oxide Substrates: Role of Surface Dangling States
采用第一性原理密度泛函电子结构方法和局域交换关联近似方法研究了绝缘氧化物衬底对单层和双层石墨烯能带结构的影响。我们考虑两个晶体衬底，SiO2（或α-石英）和Al 2 O3（α-氧化铝或蓝宝石），每个都有两个表面终端。我们专注于衬底表面的悬挂状态和他们的钝化扰动的线性能谱的石墨烯的作用。在未钝化的表面终端上，随着顶表面层的弛豫，由于与石墨烯层的相对大的平衡分离，只有Si-终端的石英保留石墨烯的线性能带结构，而其他三个表面终端显著地扭曲它。在电子光谱中出现线性带，但是狄拉克点从费米能级移开。有趣的是，在非钝化的氧终止的石英上具有第二碳层的情况下，在顶表面层弛豫的情况下，石墨烯特征出现在光谱中，但是具有两个表面终止的蓝宝石即使具有两个碳层也显示出扰动特征。通过用氢原子钝化表面悬挂态，并且没有顶层原子弛豫，电子-空穴对称性精确地发生在费米能级。这表明表面悬挂态在扭曲线性光谱方面的作用不如顶部表面层的原子弛豫那么重要。在所有情况下，我们发现第一层石墨烯形成波纹，就像悬浮的石墨烯一样，但是波纹的强度被发现可能由于衬底的存在而较弱。
2010-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Germanene termination of Ge${_2}$Pt crystals on Ge(110)
我们用扫描隧道显微镜和光谱研究了Pt在Ge（110）上的生长。在Ge（110）上沉积几个Pt单层，然后在1100 K下退火，结果形成三维金属Pt-Ge纳米晶体。这些晶体的最外层呈现蜂窝状结构。蜂窝结构由两个六边形子晶格组成，它们相对于彼此垂直位移0.2 μ m。蜂窝晶格中原子的最近邻距离为2.5 ${\pm}$ 0.1 π，即非常接近锗烯中预测的最近邻距离（2.4 π）。扫描隧道光谱显示，蜂窝层下面的原子层比蜂窝层本身更金属化。这些观察结果与最近提出的金属二（硅化物/）锗化物模型一致：金属层被半导体层隔开的六方晶体，具有蜂窝晶格。根据我们的观察，我们建议，最外层的Ge 2 Pt的层是锗烯层。
2017-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Structural and magnetic properties of Fe/ZnSe(001) interfaces
我们利用第一性原理电子结构计算研究了Fe/ZnSe（001）界面的结构和磁性。计算涉及全几何优化已经进行了广泛的厚度范围内的Fe层（0.5单层至10单层）的顶部的ZnSe（001）衬底。Zn和Se终止的界面已经被探索。总能量的计算表明，硒偏析在表面，这是与最近的实验。对于Zn和Se终端，界面Fe磁矩高于体bcc Fe磁矩。我们还研究了在重构的ZnSe表面上添加Fe原子的效果，以探索半导体表面的重构在确定金属-半导体界面的性质中的作用。Fe破坏了Se二聚体键，形成了一个富Se（2 × 1）重建表面。最后，我们研究了Zn和Se原子在bcc Fe（001）衬底上的反向生长，以研究磁隧道结第二界面的性质。计算结果与理论和实验结果吻合较好。
2002-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Termination-Dependent Surface States and Magnetic Fingerprints of Chiral Helimagnet Cr1/3TaS2
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理北京实验室）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；High-tech Institute, FanGong-ting South Street on the 12 th , Qingzhou, Shandong, China（山东省青州市范公亭南路12号高科技研究院）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
通过高分辨ARPES和第一性原理计算，研究了Cr1/3TaS2中不同终止面的表面电子态及其随温度的磁性演化，揭示了手性螺旋磁序的光谱指纹。
2026-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Lifshitz transition in Weyl semimetal NbP decorated with heavy elements
利用角分辨光电子能谱（ARPES）研究了NbP半金属表面原位覆盖重元素Pb和Nb掺杂层后的费米面改性。首先，电子结构进行了研究的原始单晶与两个可能的终端（P和Nb）的（0 0 1）表面。这两个分裂平面的电子态的性质是不同的：P-终止的表面显示匙形和领结形指纹，而这些形状不存在于Nb-终止的表面。ARPES研究表明，即使是一个单层（ML）的铅引起拓扑量子Lifshitz转变（TQLT）在P-和Nb-终止的表面。沉积的Pb 5d电子具有较宽的扩展原子轨道，这导致与Pb终止表面的强杂化以及费米能的相应移动。Nb扰动系统的能力比Pb小，因为Nb的自旋-轨道耦合比Pb弱。铌终止表面进行表面装饰与约1.3 ML的铌显示没有显着的修改在费米表面。在Nb修饰的P-终止表面的情况下，约1 ML的沉积修改了NbP的电子结构，并且它处于TQLT的边缘。尽管表面上的重元素的强自旋轨道和强杂化，但由于体拓扑的鲁棒性，可以观察到表面态的TQLT。
2022-07-04 cond-mat.mtrl-sci
