外部微扰与堆叠构型对双层γ-炔烯电子及热电特性的理论调控研究

《Scientific Reports》：Field-Induced Metallization and enhanced thermodynamic responses in bilayer γ-graphyne: Effects of Stacking Configuration

　　

摘要

在本工作中，我们建立了一个全面的理论框架，用于阐明外部微扰和堆叠几何构型如何共同决定双层γ-炔烯的电子特性、热力学特性以及热电特性。在紧束缚哈密顿量结合 Kubo–Greenwood 形式论的框架下，我们系统地研究了 AA 和 AB 两种堆叠构型在垂直偏压和 Zeeman 型自旋分裂场的共同作用下，态密度（DOS）和输运系数的演化规律。研究结果表明，电子响应存在显著的堆叠依赖性：AA 构型在所有外部条件下均保持其固有的金属性，而 AB 构型则表现出可调的半导体行为，其特征是在偏压下态密度发生显著重构以及在 Zeeman 场作用下能隙关闭。外部微扰显著改变了费米能级附近的态密度，导致比热容、磁化率和电导率及热导率等关键热力学和输运量随温度的变化出现明显变化。根据堆叠构型的不同，热力学响应表现各异，AA 构型表现出线性金属行为，而 AB 构型则呈现非线性且高度可调的响应。研究发现，在 AB 堆叠中，磁场比偏压更有效地提升热电性能，这主要归因于磁场在抑制能隙和激发载流子方面的作用。热电优值（ZT）表现出对温度和外部场的非平凡依赖关系，在优化条件下，AB 构型的性能优于 AA 构型。这些发现凸显了双层γ-炔烯作为一种高度可调的热电应用平台的潜力，其中堆叠构型、层间偏压和 Zeeman 型自旋分裂之间的相互作用为调控低能电子结构及相关输运特性提供了有效途径。