單層石墨烯的制備引起了人們廣泛的興趣，科研工作者也開始關注與其有類似性質的二維材料。二維材料硫族化合物是具有多種優異性能的單分子層結構的過渡金屬硫化物，在基礎研究和商業應用中受到越來越多的關注。二維材料由于獨特的光電特性，并且能夠將載流子限制在二維平面內具有高載流子濃度，使其在光電探測、場效應晶體管、p-n二極管和光伏電子學等光電器件領域具有廣泛的應用，并被廣泛的研究。對于二維材料的計算也是最近科研工作者的關注重點。利用第一性原理計算可以深入分析材料的版單體的物理性質，下面以典型的二維材料MoS2為例介紹材料的計算以及分析過程。

圖1 單層MoS2的晶體結構示意圖

投影能帶的計算：

通過計算可以詳細分析能帶結構，可以區分出不同自旋方向的能帶結構，以便于更加深入的分析電子的運動。MoS2的計算結果說明，在沒有外力條件的影響下，MoS2自旋向上和自旋向下的能帶基本重合的，且MoS2是直接帶隙半導體，導帶底和價帶頂都是在K點。

圖2 單層MoS2的能帶結構

為了更深入的分析，分別計算了單層MoS2中Mo原子和S原子的投影態密度（PDOS），如圖3所示，從圖中可以看出MoS2的CBM和VBM主要來源于Mo原子的和軌道，S原子的貢獻很小。

圖3 單層MoS2分波投影態密度

為了更加詳細的分析的各個軌道的電子在能帶中的分布，可以通過計算MoS2各個原子的各個軌道對能帶的貢獻情況（球的大小表示貢獻權重）如圖4所示。Mo原子在界面處的雜化態最為顯著。從圖中可以看出MoS2的VBM和CBM主要來源于Mo原子的k點的和軌道，其次Mo原子的軌道G點也有著部分的電子貢獻，與態密度的計算結果一致。

圖4 單層MoS2投影能帶結構

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