1. 研究目的与意义
研究背景：二维材料是目前凝聚态物理及材料科学领域的一个非常重要且热门的研究方向，二维材料可以表现出许多新奇的物理特性，例如具有线性狄拉克能带色散关系的石墨烯、具有能谷霍尔效应的二维过渡金属硫化物等。最近，研究者发现有一类二维材料是由金属原子和卤族原子结合构成的，这类材料一般被称为二维过渡金属卤化物材料。二维过渡金属卤化物的原子结构是由三个原子层构成的，即两层卤族原子中间夹一层过渡金属，过渡金属原子形成的是类石墨烯的二维蜂窝状六角晶格结构。和一般二维无机材料类似，二维过渡金属卤化物材料也具有许多新奇的物理特性，具有重要的研究价值，例如新奇电子结构特性、拓扑特性、磁性等。最近，理论研究发现过渡金属原子m（例如，cr、mn、ni等）和卤族原子x（x=cl, br, i）可以形成单层晶格结构，即单层二维过渡金属卤化物mx3，该类材料具有重要的理论研究价值。本课题主要通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究本征单层二维过渡金属卤化物mx3的电子结构特性,为实验研究和应用提供理论指导。
研究目的：了解密度泛函理论的基本知识，通过第一性原理方法计算本征单层二维过渡金属卤化物mx3的电子结构特性，包括晶格常数、磁性、能带结构、态密度等性质，分析不同元素种类的单层mx3材料电子结构特性的差异，研究外加手段对单层mx3材料的电子结构的调控效应。
2. 研究内容和预期目标
研究内容：
首先，建立由过渡金属原子m（例如，cr、mn、ni等）和卤族原子x（x=cl, br, i）形成的单层二维过渡金属卤化物mx3的原子结构模型，然后，采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究所构建的若干种不同元素种类的二维过渡金属卤化物mx3的电子结构特性，包括晶格常数、磁性、能带结构、态密度等，得出所研究的本征单层mx3的性质。除了研究本征mx3的电子结构特性外，还将通过外加手段（例如，应变、载流子掺杂、化学修饰等）来调控mx3的电子结构特性，特别是磁性，同时，还将研究某些双层mx3材料（例如cri3）的电子结构特性，研究不同双层构型对mx3磁构型的影响。
3. 研究的方法与步骤
研究方法：
（1）复习量子力学和固体物理学，了解密度泛函理论基本知识。
（2）利用vesta软件建立相应的建立由过渡金属原子m（例如，cr、mn、ni等）和卤族原子x（x=cl, br, i）形成的单层二维过渡金属卤化物mx3的原子结构模型。
4. 参考文献
[1] zhang w b, qu q, zhu p, and lam c h, robust intrinsic ferromagnetism and half semiconductivity in stable two-dimensional single-layer chromium trihalides [j]. journal of materials chemistry c, 2015, 3: 12457-12468.
[2] huang b, et al., layer-dependent ferromagnetism in a van der waals crystal down to the monolayer limit [j]. nature, 2017, 546: 270.
[3] he j j, ma s y, lyu p, and nachtigall p, unusual dirac half-metallicity with intrinsicferromagnetism in vanadium trihalide monolayers [j]. journal of materials chemistry c, 2016, 4: 2518-2526.
5. 计划与进度安排
(1) 2022-12-14～2022-03-01 学生复习量子力学和固体物理等基础课程，学习密度泛函理论的基本知识；
(2) 2022-03-02～2022-03-12 调研有关二维过渡金属卤化物mx3的相关文献资料，提出研究方案，完成开题报告，教师完成开题报告的审核。
(3) 2022-03-13～2022-04-10 学习晶体模型的建立方法；学习第一性原理计算软件包vasp的使用方法；用第一性原理方法计算二维过渡金属卤化物mx3的电子结构性质，包括，晶格结构、磁性、能带结构等。
