现代科学技术的进步和新材料的研究领域的不断扩展,对人们的日常生活产生了巨大的影响。随着研究的不断深入,人们发现二维材料具备与块体材料不同的独特性能,这使得二维材料在科学研究以及技术发展中占有越来越重要的地位。因此,设计具有新物性的二维材料是未来高科技领域发展的一个有重要价值的研究课题。本文通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,设计了一系列二维MX4(M=Ru,Os;X=S,Se,Te)材料,并对MX4材料的物理性能进行研究,主要结论如下:1)设计了新型具有稳定结构的二维MX4单层材料,并预测了其电子结构。根据化学常识,我们设计了一种具有五元环结构的金属八配位的二维MX4(M=Ru,Os;X=S,Se,Te)材料,它是由中间的M金属原子层与两层X硫族原子层形成三明治的结构。在单层MX4(M=Ru,Os;X=S,Se,Te)材料中,单层RuS4、OsS4材料的结构是热力学稳定的。在我们计算的单层MX4的能带结构中,除了单层RuS4(半金属),其他的都展现出金属性。这些材料的能带结构在费米能级或者费米能级附近都有一个能量简并点,并且这个能量简并点出现在高对称点r点处。在考虑了自旋轨道耦合作用(SOC)后,RuS4、RuTe4、OsS4、OsTe4等单层材料在该能量简并点的简并被打开,而单层RuSe4和单层OsTe4的能带几乎没有发生的变化。产生这样差异的原因在于单层RuSe4和单层OsTe4两种材料中非金属原子的Pz轨道和金属原子的dyz、dxz轨道的强杂化作用。2)发现单层RuS4是一种新型二维拓扑绝缘体。通过第一性原理计算和瓦尼尔函数紧束缚方法,我们计算了单层RuS4的Z2拓扑不变量和边界态等性质,从而确定了其非平庸的拓扑电子结构。此外,我们也通过轨道价键分析和紧束缚模型,确定了其拓扑性质的来源。