本文基于遗传算法预测了一种新型二维砷结构并研究了它的物理性质。对已报道过的P2/m-P的平面各向异性进行了进一步的研究。此外,对一类具有铰链结构材料的负泊松比性质进行了研究。研究结果表明:（1）新型的二维单层砷烯结构（δ-As）,属于Pmc21的空间群。该材料在热力学和动力学上都是稳定的。与已报道的具有间接带隙的单层砷烯（灰砷、黑砷、Pnm21-As）明显不同,单层δ-As表现出了明显的直接带隙行为。此外,在保持直接带隙不变的条件下,通过施加特定的单轴拉伸应变可以将单层δ-As的带隙从1.83 e V调整到0 e V,这对于太阳能电池和光电探测器的应用而言具有明显的优势。（2）基于δ-As优异的光学性质,设计了一种以δ-As薄膜为吸收材料的太阳能电池。在弯曲δ-As膜的过程中,材料不同区域产生的应变是不同的。应变处理后的膜可以看作是由带隙不同的单层δ-As组合而成的功能梯度材料。第一性原理计算表明,这种功能梯度材料在可见光和近红外区域具有良好的光吸收效率。这为具有宽吸收范围和高吸收效率的太阳能电池提供了新的设计思路。（3）已报道的单层砷烯和锑烯的带隙大于2.00 e V,这使得制备具有在蓝色和紫外光范围内进行光响应的元器件成为可能。但是,砷单质具有不可预知的毒性。已报道过的单层P2/m-P的带隙超过2 e V,经过研究发现这种磷烯结构具有极高的光学和电学各向异性。单层P2/m-P具有制备在蓝光和紫外光区间进行光响应的电子元器件的潜在用途。（4）单层BP（黑磷）,β-As（灰砷）,δ-As和γ-P（红磷）具有独特的原子排列,分别属于Pmna,Pmna,Pmc21和Pbcm空间群。由于这四种结构都是耦合铰链结构,因此力学性质表现出了明显的各向异性。本文报告了单层δ-As和γ-P的负泊松比性质。它们固有的负泊松比分别为-0.226和-0.708。δ-As的负泊松比约为单层黑磷负泊松比的26.2倍（单层黑磷的负泊松比为-0.027）。这种优异的力学性质使得单层δ-As在纳米传感器和电子可穿戴设备中具有巨大的潜在应用。此外,经研究发现,耦合铰链结构的负泊松比源自于轨道的电子效应。