三种碳氮化物双层的稳定性和新颖电子结构

本文预测了三种新型碳氮化物（CN）双层相，分别命名为 $\alpha$-C$_{2}$N$_{2}$、$\beta$-C$_{2}$N$_{2}$ 和 $\gamma$-C$_{4}$N$_{4}$。它们都由两个通过C-C共价键连接的CN片层组成。声子色散表明所有这些相都是动力学稳定的，因为没有发现虚频。研究了 $\alpha$-C$_{2}$N$_{2}$ 和 $\beta$-C$_{2}$N$_{2}$ 之间的转变路径，涉及C和N之间的断键和成键。这种转变是困难的，因为活化能垒为每晶胞1.90 eV，足以阻止室温下的转变。电子结构计算表明，它们都是间接带隙半导体，通过PBE/HSE计算得到的带隙分别为3.76/5.22 eV、4.23/5.75 eV和2.06/3.53 eV。$\beta$-C$_{2}$N$_{2}$ 在这三个相中具有最宽的带隙。我们的结果表明，这三种新型二维材料在电子学、半导体、光学和自旋电子学中具有潜在应用。