近几年,二维材料因为其良好的电学和力学特性成为了新的研究热点。在这些二维材料中,硅烯的能带结构类似于石墨烯,在布里渊区中的高对称点K处存在着狄拉克锥,这使其电子有效质量极小且具有极高的载流子迁移率。目前的硅烯大半部分都是在金属表面化学气相沉积制备,如在Ag(111)、Ag(110)、Ir(111)表面。但在这些表面生长的硅烯与基底存在较强的相互作用,导致多种重构现象,这会破坏硅烯的晶格对称性,破坏硅烯的电学性质。所以找到一种新的基底,从而在表面生长获得一种新的硅烯重构对硅烯的实际应用具有重要意义。金刚石具有致密的晶格,且碳元素又极易与硅元素成键。此外在金刚石的异质外延中常常以硅作为其基底材料。因此,我们选择金刚石作为生长硅烯的基底。金刚石和硅的界面结构一直以来都没有得到充分的研究,对金刚石和硅的界面的研究将会对研究金刚石生长和应用具有重要的意义。本论文研究内容如下:1.利用粒子群优化算法在金刚石的(111)表面预测二维硅结构。发现了一种新的硅烯结构,命名为菱形硅烯。从声子谱可以看出菱形硅烯具备动力学稳定性,而当这种硅烯存在于金刚石表面时,从声子谱可以看出是动力学稳定的。我们在500K的情况下菱形硅烯可以稳定地存在于金刚石表面。当菱形硅烯在金刚石表面存在时,硅和金刚石表面的碳形成极性共价键,而硅和硅原子之间是较弱的共价键。我们发现这种菱形硅烯和一种硅的高压相相似,具有相同的空间群P6/mmm以及类似的键长这可能是金刚石表面的碳原子与硅原子形成的强共价键使得表面存在等效的高压效应,而使硅以一种高压相存在。我们还探究了菱形硅烯的电学性质,发现这种结构呈现金属性质,且费米面附近的态密度主要源于菱形硅烯。从菱形硅烯的能带图中可以看出其能带存在node line的特殊结构,这说明菱形硅烯在电子器件领域有应用的前景。2.根据菱形硅烯结果,我们选择了锗(Ge)和锡(Sn)两种第四主族元素,计算其在金刚石表面是否存在类似的菱形单层结构。利用分子动力学计算了在500K下的热稳定性,发现无论是Ge还是Sn都不能以菱形硅烯相似的结构存在于金刚石表面。这是因为Ge和Sn的原子半径要远远大于Si,所以在同样的晶格条件下Ge和Sn这两种结果存在内部应力,使得都不能稳定地存在于金刚石表面。3.根据金刚石异质外延的条件,我们探究了金刚石(100)面和硅(100)面的界面结构。利用粒子群优化算法我们预测了两种可能的界面结构。一种是在金刚石和硅界面以硅原子存在的菱形结构,另一种是以四边形硅存在的界面结构。我们计算了这两种界面结构的成键情况,发现这两种界面结构都是以硅原子和两个界面的原子成共价键。从态密度图中可以看出,这种结构呈现金属性质,而金刚石和硅都是半导体。这种半导体-金属-半导体的结构可能在电子领域有一定的作用。以上研究为拓宽金刚石在二维材料上的研究提供了思路,填补在金刚石和硅的界面结构的空白。