最近，通过气相生长方法，成功地在实验上合成了由锡元素组成的二维单层材料。这也就意味着，在得到石墨烯之后，通过各种各样的方法，除铅元素之外的所有四族元素构成的单层材料都在实验上成功被合成，这些单层材料分别命名为硅烯、锗烯、锡烯。和石墨烯类似，这些二维单层材料的电子性质均表现为无质量的狄拉克费米子。因此，这些材料都拥有非常高的载流子迁移率，同样可以实现二维的量子自旋霍尔效应，量子反常霍尔效应，以及拓扑绝缘体等特性。与之类似地，在成功的合成这些二维单层之后，这些元素构成的纳米管的性质同样引发了人们的关注。　　实际上，早在石墨烯出现之前，碳纳米管就因为其新奇的电子特性以及广泛的应用引发了人们的关注。众所周知，碳纳米管的一个有趣的特性是它可以表现出金属性或半导体性，这取决于碳纳米管的手性。对于硅纳米管来说，它拥有齿轮状的结构，或者说褶皱的结构。先前的研究表明，硅纳米管的带隙对纳米管的手性与尺寸都非常敏感，armchair型的硅纳米管呈现出半导体特性，且带隙随着纳米管半径的增加而减小，zigzag型的硅纳米管的带隙同样出现以3为周期的震荡。　　利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，系统地研究了四族元素纳米管的能带特征，发现纳米管第一布里渊区中的两个特殊点处的带隙决定了纳米管的带隙，分别对应二维结构中的K点与Γ点。K点与Γ点带隙随着纳米管半径的变化遵循两条不同的标度律：K点带隙遵循1/R的标度律，该标度律出现在拥有褶皱结构的硅、锗、锡纳米管中，非常重要的是，K点带隙的标度律与纳米管的组成元素无关而且不受纳米管手性的影响；Γ点处带隙遵循-1/R2+C的标度律，C为常数，与纳米管的组成元素相关。两条标度律共同决定了四族元素纳米管的带隙，对于硅纳米管与大半径的锗、锡纳米管，纳米管的带隙由K点带隙的标度律决定，对于小半径的锗、锡纳米管，带隙由Γ点带隙决定。由此，基于两条标度律，可以通过纳米管的半径确定纳米管的带隙。此外，还预言了锗、锡armchair型纳米管中间接带隙纳米管的存在。