层状4f材料的高通量搜索与预测

多功能器件的发展需要发现具有新颖电子特性的新型层状材料。由于存在强自旋-轨道耦合、电子-电子相互作用以及巡游电子与局域电子之间的杂化，f电子系统天然地拥有丰富的竞争和交织相。然而，在探索有前景的新型层状材料候选者方面，对f电子族化合物的关注非常少。在这里，我们识别了来自镧系元素系列的295种稀土化合物，它们展现出多种晶格对称性和电子特性。特别是，我们发现了金属化合物和带隙覆盖0.1 eV至5.3 eV范围的绝缘体系统，这为红外量子传感器、定制光催化剂和可调谐晶体管开辟了新的可能性。在层状系统中包含4f态也暗示了二维受限重费米子超导和拓扑半金属的可能性。我们的研究为进一步系统性地理论研究4f及其他由重元素组成的二维材料的关联驱动性质提供了跳板。