摘 要：可调量子相变和新兴的费米子是凝聚态物理学中备受关注的研究课题。本论文中，我们预言了一个新的稳定二维（2D）材料，蓝磷烯氧化物（BPO），它同时表现出可调的电子结构量子相变和新兴费米子。通过第一性原理计算，BPO基态是窄带隙半导体。更为奇特的是，中等应变可以驱动BPO中的半导体到半金属的量子相变。在临界转变点，三个带在费米能级的单个点处交叉，其中准粒子是新颖的类型的2D伪螺旋-1费米子。超越过渡，系统变成对称性保护的半金属，为此，导带和价带在由对称性保护的单个费米点和低能量下二次接触，准粒子成为另一种新型的二维双威尔费米子。我们的结果揭示了BPO作为一个有趣的平台进行探索量子相变的基本性质和新出现的费米子，也表明其巨大的潜力纳米级器件应用。92632

毕业论文关键字：二维材料，第一性原理计算，应变工程，量子相变

Abstract：Tunable quantum phase transitions and novel emergent fermions in solid-state materials are fascinating subjects of research。 Here, we propose a new stable two-dimensional (2D) material, the blue phosphorene oxide (BPO), which exhibits both。 On the basis of first-principles calculations, we show that its equilibrium state is a narrow-bandgap semiconductor with three bands at low energy。 Remarkably, a moderate strain can drive a semiconductor-to-semimetal quantum phase transition in BPO。 At the critical transition point, the three bands cross at a single point at Fermi level, around which the quasiparticles are a novel

type of 2D pseudospin-1 fermions。 Going beyond the transition, the system becomes a symmetry-protected semimetal, for which the conduction and valence bands touch quadratically at a single Fermi point that is protected by symmetry, and the low-energy quasiparticles become another novel type of 2D double Weyl fermions。Our result reveals BPO as an intriguing platform for the exploration of fundamental properties of quantum phase transitions and novel emergent fermions and also suggests its great potential in nanoscale device applications。 

Keywords：Two-dimensional material ,first-principles calculations ,strain engineering ,quantum phase transition 

目  录

1 引言 3

1。1 新兴费米子 3

1。2 二维磷烯单层材料 3

1。3 研究内容 3

2 方法 4

3 结果与讨论 5

3。1晶格振动性质 5

3。2力学性质 5

3。3电子性质 6

3。4双轴应变对电子性质的影响 6

3。5讨论 8

结论 9

参考文献 10

致谢 13

1 引言

1。1新兴费米子来自优O尔P论R文T网WWw.YoueRw.com 加QQ7520`18766

自从2004年发现石墨烯以来，二维（2D）纳米材料已经吸引了众多研究者极大的兴趣 。目前我们已经清楚地理解许多石墨烯奇异的物理特性根源于其独特的电子带结构，即导电和价带相交于第一布里渊区的顶点处，其中低能电子可以由自旋为1/2的狄拉克费米子描述 。这些发现激发了研究探索电子结构具有奇异能带交叉线性的材料，以及存在新颖的类型费米子的可能性。目前最新进展主要集中在三维（3D）体材料上。比如最近在许多材料中发现的3D Dirac和Weyl半金属分别具有四带和两带简并点，其对应的低能粒子激发类似于高能物理学中的3D Dirac和Weyl费米子 。此外，实验还观察到了一个六重能带简并的3D Hg1-xCdxTe晶体，其低能电子被称为Kane费米子 。而由于维度的降低，2D费米子可以表现得与3维费米子截然不同的特点。另外2D材料与3D体材料相比可以更容易地控制其性质，因而它们更适合于纳米级器件领域。因此，探索可以容纳新类型的费米子激发的2D材料具有非常非常重要的意义。