氮族元素二维蜂窝状单层及相关纳米结构：第一性原理研究

由于其新颖的物理性质，二维材料引起了广泛关注。通过第一性原理计算和振动频率分析，我们基于八隅体稳定性思想预测了一类新的二维材料家族：磷族元素 (N, P, As, Sb, Bi) 的蜂窝状晶格。材料的翘曲结构源于 sp3 杂化。这些材料具有从 0.43eV 到 3.7eV 的间接带隙。通过对投影态密度的分析，我们认为 s 和 p 轨道足以在紧束缚模型下描述电子结构，并通过将能带结构拟合到第一性原理结果获得了紧束缚参数。令人惊讶的是，除氮以外，所有磷族元素晶格都发现了巨大的在位自旋 - 轨道耦合。对锯齿形和扶手椅形纳米带电子结构的研究揭示了一些情况下可能存在自旋极化的铁磁边缘态，这在一维系统中是罕见的。这些边缘态和磁性可能存在于高真空和低温条件下。这一新材料家族在电子学、光学、传感器和太阳能电池方面具有广阔的应用前景。