基于第一性原理计算通过插层第一过渡系金属调控双层与体相结构石墨烯的狄拉克锥

现代纳米科学聚焦于二维（2D）层状结构材料，自 2004 年石墨烯发现以来，其因独特的物理、化学和电子特性而备受关注。石墨烯纳米技术的最新进展为创制二维双层石墨烯（BLG）插层物开辟了新途径。利用第一性原理 DFT 技术，我们通过将第一过渡系金属（TMs）插层于 BLG 中，在硅基模型中设计了 20 种新材料，即 10 种 TM 插层 BLG 的层状结构和 10 种体相晶体结构。我们研究了插层第一过渡系 TMs（Sc-Zn）的层状与体相结构 BLG 的平衡结构和电子特性。本次 DFT 计算表明，石墨烯中 C 原子的 2$p_z$ 子壳层与 TM 原子的 3$d_{yz}$ 子壳层提供了费米能级附近的电子密度，从而控制 BLG 插层材料的材料特性。本文重点阐述了给定不同 TM 插层材料时，狄拉克点在 BLG 与体相 BLG 中的移动方式。讨论了可控电子结构与插层 BLG-TM 特性对未来器件应用的意义。该工作为高效制备二维和三维碳基插层材料开辟了新途径，在纳米材料科学中具有广阔应用前景。