基于二维结构搜索预测的双层铋低能相

我们采用第一性原理结构搜索算法来探索准二维条件下铋的构型空间。在极小跳跃方法中，限域势将原子运动限制在给定的厚度内，以寻找双层铋的稳定与亚稳态结构。除了重现两种已知的低能结构（褶皱单斜相与屈曲六方相）外，我们的计算还预测了三种新的双层铋结构。我们将这些结构称为双层铋的$\alpha$、$\beta$和$\gamma$相，它们分别比单斜基态高63、72和83 meV/原子能量，因此有可能利用合适的衬底合成。我们还比较了不同相的结构、电子和振动性质。褶皱单斜相、屈曲六方相和$\beta$相表现出半导体能隙，而$\alpha$和$\gamma$相为金属性。我们注意到屈曲六方双层铋中存在不寻常的墨西哥帽型能带色散，导致范霍夫奇点。值得注意的是，我们在$\gamma$相的电子能谱中发现了对称性保护的拓扑狄拉克点。这些新结构表明，双层铋为研究畸变介导的金属–绝缘体相变提供了一个新颖的平台。