基于第一性原理的二维ReN$_2$材料

石墨烯的发现使得寻找新型二维材料变得极为迫切。通过第一性原理研究，我们预测了ReN$_{2}$的二维材料：蜂窝状与四方结构。声子谱确立了这两种结构的动力学稳定性，而计算得到的面内刚度常数证明了它们的机械稳定性。对于蜂窝状结构，费米能级附近的能带由N-p和Re-d轨道构成；对于四方结构，则主要来自Re-d轨道。四方结构为非磁性，而蜂窝状结构具有基于N的铁磁性，其在14$\%$双轴应变下会转变为反铁磁性。计算的电子局域函数和自旋密度表明，直接的N-N键仅出现在蜂窝状结构中。铁磁性使我们能够轻易区分这两种二维相。四方相的能量低于蜂窝状相，这意味着四方相更稳定，但六方相具有比四方相大得多的体模量、剪切模量和杨氏模量。四方相为三能带金属，六方相为铁磁性半金属。蜂窝状与四方结构中特殊的结构、电子、磁学和光学性质使它们在新颖应用中极具前景。