氧化黑磷电子能带结构中的对称性保护简并

我们利用第一性原理密度泛函理论计算探究单层黑磷的氧化。我们搜寻磷烯氧化物PO$_x$在各种氧浓度$x$（$0{\le}x{\le}1$）下的平衡结构。通过评估多种构型的形成能及其在各$x$值下的振动性质，我们确定了一系列稳定氧化结构及其$x$，并确认氧化是自然发生的。我们还发现氧化使来自P-O键与P-P键的某些模具有红外活性，意味着红外光谱可用于确定磷烯的氧化程度。我们的电子结构计算揭示完全氧化的磷烯（PO）具有0.83 eV的直接带隙，与原始磷烯相似。有趣的是，PO具有两种非对称型对称性且反演对称性破缺，保证了包括能带简并与四重简并狄拉克点在内的对称性保护能带结构。我们的结果可为晶格对称性与电子能带拓扑之间引人入胜的关系提供重要见解。