通过 V、Nb 和 Ta 过渡金属插层在二维双层石墨烯中实现狄拉克锥

双层石墨烯（BLG）是一种半导体，其带隙和性质可以通过掺杂或施加栅极电压等各种方法进行调控。在此，我们展示了一种利用 novel 色散校正的第一性原理密度泛函理论（DFT）方法，通过在两层单层石墨烯（MLG）之间插层过渡金属（TM）原子来调控 BLG 电子性质的策略。我们在两层 MLG 之间插入了 V、Nb 和 Ta 原子。我们发现，BLG 插层材料中 TM 原子的对称性、自旋和浓度是控制和在其能带结构中获得狄拉克锥的重要参数。我们的研究表明，插层一个钒（V）原子的 BLG（即 BLG-1V）在 K 点具有狄拉克锥。在所有情况下，当前的 DFT 计算表明，石墨烯中 C 原子的 2$p_z$ 亚壳层和 TM 原子的 3$d_{yz}$ 亚壳层提供了费米能级 E$\mathrm{_F}$ 附近的电子密度，从而控制材料性质。因此，我们表明面外原子可以影响 BLG 中的面内电子密度，并列举了控制狄拉克点所需的条件。本研究提出了一种控制 BLG 材料性质的新策略，通过改变 BLG 中 TM 原子的浓度和自旋排列，使其表现出金属、半金属和半导体等多种行为，同时为二维 BLG 插层材料的物理性质提供了见解。