方文玉 陈粤 叶盼 魏皓然 肖兴林 黎明锴† Ahuja Rajeev 何云斌‡

1) (湖北大学材料科学与工程学院，铁电压电材料与器件湖北省重点实验室，高分子材料湖北省重点实验室，功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室，武汉 430062)

2) (乌普萨拉大学物理与天文系凝聚态理论组，瑞典乌普萨拉 S-751-20)

基于第一性原理计算方法，研究了二维XO2 (X=Ni，Pd，Pt)的稳定性、弹性、电子结构和热导率.计算结果显示，二维XO2 同时具备较好的机械和动力学稳定性.此外，二维NiO2，PdO2 和PtO2 的杨氏模量分别为124.69 N/m，103.31 N/m 和116.51 N/m，泊松比分别为0.25，0.24 和0.27，并呈现各向同性.电子能带结构表明，二维XO2 (X=Ni，Pd，Pt)为间接带隙半导体，计算能隙分别为2.95 eV，3.00 eV 和3.34 eV，且价带顶和导带底的能级主要由Ni-3d，Pd-4d，Pt-5d 和O-2p 轨道电子组成.通过畸变势理论计算载流子迁移率，结果显示二维XO2 (X=Ni，Pd，Pt)沿armchair 和zigzag 方向的有效质量和形变势表现出明显的各向异性，电子/空穴的迁移率最高分别为13707.96/53.25 cm2·V—1·s—1，1288.12/19.18 cm2·V—1·s—1 和404.71/270.60 cm2·V—1·s—1.此外，在300 K 温度下，二维XO2 (X=Ni，Pd，Pt)的晶格热导率分别为53.55 W·m—1·K—1，19.06 W·m—1·K—1和17.43 W·m—1·K—1，这表明二维XO2 (X=Ni，Pd，Pt)在纳米电子材料和导热器件方面具备应用潜力.

1 引言

自2004 年Novoselov 和Geim 等[1]成功分离出单层石墨烯以来，因其独特的形貌和新颖的物理性质，吸引了众多学者的关注.随着研究的深入，越来越多的新型二维材料被报道，例如氧化石墨烯[2]、六方氮化硼(h-BN)[3]、过渡金属硫化物[4]等.此外，从各族单质，如IIIA 族的硼烯[5]和铝烯[6，7]，IV 的硅烯[8]和锡烯[9]，V 族的黑磷烯[10]、砷烯[11]和锑烯[12]等，到各类化合物，如单层MoS2[13]，Ag2S[14]，MSe2(M=Zr，Hf)[15]，Pd2Se3[16]，SnSe[17]，Nb2XTe4(X=Si，Ge)[18]等被相继发现，这进一步丰富了二维材料大家族.

事实上，在众多二维材料中，金属氧化物占有……