单层 VS$_2$ 中的电子关联

层状过渡金属二硫属化物二硫化钒（VS$_2$）名义上在 $3d$ 壳层中有一个电子，具有强关联物理的潜力，并且可能是除铜氧化物之外有效单带模型的另一种实现。本文利用密度泛函理论加 Hubbard $U$（DFT+$U$）计算研究了三角棱柱相和八面体相的单层 VS$_2$。三角棱柱相 VS$_2$ 具有一个由晶体场分裂和直接 V--V 跳跃共同作用下出现的孤立低能带。在自旋密度泛函理论内，铁磁性分裂了三角棱柱结构的孤立带，导致一个低带隙 $S=1/2$ 铁磁 Stoner 绝缘体；八面体相能量较高。包含在位相互作用 $U$ 增大了带隙，导致 Mott 绝缘行为，并且在足够大的值下稳定了铁磁八面体相。讨论了 DFT 和 DFT+$U$ 对于这些具有强电子关联潜力的二维材料的适用性。通过考察八面体 VS$_2$ 中实验观测到的电荷密度波（CDW）给出了一个明确的基准，与此相关的 DFT 相比已知实验严重高估了键长差异；也探测了三角棱柱相中 CDW 的存在。最后，我们研究了为何实验中仅观察到八面体相，并讨论了实现三角棱柱相的可能性。我们的工作表明三角棱柱相 VS$_2$ 是强关联电子物理的一个有前景的候选材料，如果得以实现，由于其单层性质，可以以前所未有的方式在实验上被探测。