设计的呼吸型kagome体系中金属-绝缘体转变与磁性的预压缩工程

具有色散狄拉克锥和拓扑平带的Kagome材料展现出独特的电子和磁性质。然而，具有可调电导率的kagome化合物仍然稀缺，这严重阻碍了其器件应用。在此，基于密度泛函理论（DFT）和玻尔兹曼输运理论，我们通过化学预压缩将呼吸效应引入kagome材料$\mathrm{Nb_3XCl_7}$（X = F, Cl, Br, I），从而诱导金属-绝缘体转变和磁性变化。我们确定，在有效关联强度$U_{\text{eff}} = 2$ eV下，能带结构、光学吸收光谱和磁基态与实验结果吻合良好。计算的电导率和磁性质表明，单层$\mathrm{Nb_3Cl_8}$和$\mathrm{Nb_3XCl_7}$分别在$U_{\text{eff}} = 1$ eV和$t_{\text{out}}/t_{\text{in}} = 0.6674$时从顺磁金属转变为Mott绝缘体。我们的详细分析证实，更强的呼吸效应对应于增强的化学预压缩，这减少了胞间Nb原子之间的自由电子气区域，并促进了金属-绝缘体转变。最后，我们提出了$\mathrm{Nb_3FCl_7}$、$\mathrm{Nb_3BrCl_7}$和$\mathrm{Nb_3ICl_7}$的几种可行合成路线，为实验研究提供了预测性指导。我们的研究为在关联kagome体系中研究呼吸效应建立了一个实用框架，并为真实呼吸kagome材料中金属-绝缘体转变和磁性背后的机制提供了有价值的见解。