Hybrid carbon nanostructure as a nano computing memory device
这篇论文由于手稿错误被作者撤回。
2009-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Flow-induced anisotropy in a carbon black-filled silicone elastomer: electromechanical properties and structure
本研究通过刮刀涂布制备碳黑-硅薄膜，发现涂布方向诱导的电各向异性与压阻灵敏度差异，并基于结构分析与网络模拟提出剪切流导致网络碎裂与聚集体取向的机制。
2024-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Computer Simulations of Carbon Nanostructures under Pressure
当材料受到压力时，可以观察到几种有趣的现象。目标是实现对它们的机械和电子（传导）性能的修改和控制。在这种精神下，我们最近将注意力集中在碳纳米结构如何响应静水压力上。我们进行了蒙特卡罗模拟与各种独立的碳纳米结构的Tersoff势。从富勒烯、洋葱和碳球到纳米管和纳米金刚石。我们的模拟表明，纳米结构进行了一些显着的结构修改。
2006-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Carbon Monosulfide Nanostructures: Chains Arrays, Monolayers, and Thin Films
理论预测导致新的低维层状结构的实验合成。在此，我们第一次展示了一硫化碳化合物表现出各种各样的层状纳米结构，如链阵列，单层和薄膜。我们发现链阵列是最稳定的，因为它们主要是由硫和碳轨道的$sp^2$杂化驱动的维度。此外，链阵列是直接带隙半导体。与薄膜相比，单层在室温下是稳定的，其中半导体相在能量上随后是金属相。然后，我们在碳硫单层膜中实现了载流子到金属的相变，这可以通过控制电导率和载流子迁移率的应变工程来驱动。
2017-03-08 cond-mat.mtrl-sci
New nanostructures of carbon: Quasifullerenes Cn-q (n=20,42,48,60)
基于碳的第三种同素异形体（富勒烯），通过理论研究已经预测了被描述为非经典富勒烯的结构。我们在B3 LYP水平上用密度泛函理论研究了首次预测的具有封闭笼状构型的新型同素异形碳结构。这样的碳Cn-q结构（其中，n=20、42、48和60）结合了杂化sp1和sp2的状态，用于形成键。准富勒烯相对于其异构体的更大的稳定性进行了比较分析。通过构建系统的不同环的芳香性标准来评估化学稳定性。结果表明，碳纳米结构具有有趣的化学性质，如硬度，化学势和HOMO-LUMO间隙的新的异构性。利用拉格朗日分子动力学方法和原子中心密度传播（Atom-CenterDensityPropagation，简称A）方法对热稳定性进行了研究.
2017-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Controlling Carbon Nanostructure Synthesis in Thermal Plasma Jet: Correlation of Process Parameters, Plasma Characteristics, and Product Morphology
Plasmas, Processes & Integration of Nanomaterials (2PIN) Laboratory, Department of Chemical Engineering and Biotechnological Engineering, Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学化学工程与生物化学工程系等离子体、工艺与纳米材料集成实验室）；Institut Interdisciplinaire d’Innovation Technologique (3IT), Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学跨学科技术创新研究所）
本研究通过分析工艺参数、等离子体特性与产物形貌之间的关系，揭示了控制碳纳米结构合成的关键因素。
2025-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Electron-electron interaction in carbon nanostructures
研究了碳纳米结构中的电子-电子相互作用。本文提出了一种新的方法，通过对磁化率和磁电阻的量子修正，确定电子-电子相互作用常数$λ_c$。研究了三种类型的碳材料：电弧法制备的多壁碳纳米管（arc-MWNTs）、CVD法制备的催化多壁碳纳米管（c-MWNTs）和热解碳。我们发现，$λ_c$ =0.2 arc-MWNTs（溴化处理前后）; $λ_c$ = 0.1热解石墨; $λ_c >$ 0 c-MWNTs。我们的结论是，碳纳米结构中的石墨烯层的曲率导致电子-电子相互作用常数$λ_c$的增加。
2006-08-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A combination of capillary assembly and dielectrophoresis for wafer scale integration of carbon nanotubes-based electrical and mechanical devices
碳纳米管（CNT）的晶圆级集成仍然是电子和机电应用的挑战。我们提出了一种新的碳纳米管集成过程依赖于控制毛细管组装和掩埋电极介电泳（DEP）的组合。该过程能够监测高密度CNT的精确空间定位及其在预定方向上的排列。使用这种混合组装的双壁碳纳米管（DWNT）实现了独立和低电阻率（4.4 x 10^-5 Ω.m）互连的大阵列。最后，悬浮的单个CNT地毯的阵列已经实现，我们展示了它们的潜在用途作为功能的纳米机电系统（NEMS）通过监测其谐振频率（范围在1.7 MHz至10.5 MHz之间）使用法布里-珀罗干涉仪。
2011-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Computational study of the thermal conductivity in defective carbon nanostructures
我们使用非平衡分子动力学模拟来研究包括同位素杂质在内的缺陷对碳纳米管、石墨烯和石墨烯纳米带的热导率的不利作用。我们发现，即使在结构完美的纳米管和石墨烯，同位素杂质降低了高达一半的热导率，通过减少声子平均自由程，甚至更大的热导率降低，具有相同的物理起源，发生在存在结构缺陷，包括空位和窄石墨烯纳米带的边缘。我们的计算调和以前的研究结果，不同的数量级，通过确定各种计算方法的局限性。
2012-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Hyperfine Interactions in Graphene and Related Carbon Nanostructures
研究了石墨烯及相关碳纳米结构中的超精细相互作用，即电子自旋与原子核自旋之间的磁相互作用。通过对石墨烯碎片精确的第一性原理计算和统计分析相结合，我表明，各向同性和偶极超精细相互作用可以准确地描述在本地电子自旋分布和原子结构。一套完整的参数描述的超精细相互作用的C-13和其他核自旋在替代杂质和边缘终端的确定。
2007-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron energy loss in carbon nanostructures
富勒烯和碳纳米管的响应是通过每个碳原子的原子极化率来研究的。每个碳原子的极化产生一个诱导偶极子，它是与给定外场相互作用加上碳原子之间相互作用的结果。在调用克劳修斯-莫索蒂关系之后，从石墨的介电函数获得极化率。这种形式主义适用于电子能量损失谱的模拟在富勒烯和碳纳米管。被认为是广泛的电子束的情况下，详细分析的损失概率作为一个功能的电子偏转角内的电子完全量子力学的描述。在1 keV和60 keV之间的探测能量的宽范围内获得与现有实验的一般良好的协议。
2002-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Flexoelectricity in Low Dimensional Systems
在表面和界面处的对称性破坏以及在纳米级系统中支持大应变梯度的能力使得能够实现新形式的机电耦合。在这里，我们引入量子挠曲电的概念，当非极性量子系统的机械变形导致净偶极矩的出现，从而线性机电耦合与局部曲率成比例时，表现出这种现象。这一概念在碳系统中得到了说明，包括聚乙炔和纳米石墨带。使用密度泛函理论计算系统由多达400个原子，我们确定的挠曲电系数的顺序为~ 0.1 E，与线性理论的预测一致。讨论了量子挠曲电在机电器件应用和碳基材料物理方面的意义。
2007-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen molecule dissociation on carbon nanostructures with different types of nitrogen doping
利用密度泛函理论研究了不同氮掺杂类型的碳纳米管和石墨烯上氧分子解离的能垒。结果表明，碳纳米管和石墨烯中的所有类型的氮掺杂都可以有效地降低能量势垒。类石墨氮和Stone-Wales缺陷氮比类吡啶氮更有效地降低能垒，并且可以获得低于0.2eV的解离势垒。对于类石墨氮，更高的氮浓度更有效地降低能垒。这些观测结果与π* 轨道的部分占据和功函数的变化密切相关。因此，我们的研究结果提供了有用的见解的氧还原反应。
2011-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Carbon nanostructures obtained by underwater arc discharge of graphite electrodes: Synthesis and characterization
在目前的工作中，应用的方法获得几个碳纳米结构的石墨电极的水下电弧放电。通过透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱、原子力显微镜（AFM）和X射线衍射（XRD）对所得产物的分析表明，从漂浮在水面上的材料中收集的样品主要由多面体洋葱状颗粒组成，而从沉淀物中收集的样品则是多壁纳米管的混合物，洋葱状颗粒和其它石墨结构。所获得的纳米结构的主要特征进行了讨论。
2015-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Gaussian approximation potential modeling of lithium intercalation in carbon nanostructures
我们展示了如何机器学习为基础的原子间势可以用来模拟客体原子在主机结构。具体而言，我们生成高斯近似势（GAP）模型的锂原子与石墨烯，石墨和无序碳纳米结构的相互作用，基于参考密度泛函理论（DFT）的数据。而不是治疗完整的锂-C系统，我们演示了如何从锂嵌入所产生的能量和力的差异可以建模，然后添加到一个（preexisting和未修改的）GAP模型的纯元素碳。此外，我们使用一个明确的对潜在的适合捕捉“有效的”Li-Li相互作用，以提高GAP模型的性能的好处。这为在具有基于机器学习的潜力的宿主框架中建模客体原子提供了概念验证，并且从长远来看，有希望对电池材料进行详细的原子研究。
2018-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Stone-Wales--type transformations in carbon nanostructures driven by electron irradiation
与Stone-Wales型变换相关的拓扑缺陷的观察（即，键旋转）与这些体系的平衡热力学不一致。在这里，通过结合像差校正HRTEM实验和原子模拟，我们表明，这种缺陷可以形成由单电子的影响，并显着，在电子能量低于原子位移的阈值。我们进一步研究了辐射驱动键旋转的机制，并解释了为什么在中等电子能量（\sim 100 keV）的电子辐照往往会使石墨烯非晶化而不是非晶化。我们还表明，通过模拟，斯通-威尔士缺陷可以出现在弯曲的石墨结构，由于辐射诱导的弗伦克尔缺陷的不完全重组，类似于在硅中的维格纳型缺陷的形成。
2011-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced thermoelectric figure of merit in polycrystalline carbon nanostructures
碳纳米结构中经常观察到晶界，但它们对热和电性能的影响仍然没有完全了解。利用密度泛函紧束缚理论和非平衡格林函数相结合的方法研究了碳基体系中电子和声子的输运。在这项工作中，量子输运和热电性能的石墨烯片，石墨烯纳米带和碳纳米管的各种晶界类型在一个较宽的温度范围内进行了总结。受先前发现的无序散射声子比电子更有效的启发，预期多晶系统的热电性能会有显着改善。由于该效应对晶界类型略微敏感，我们证明晶界是一种可行的工具，可以大大提高品质因数，为新型热电材料的设计铺平道路。
2015-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural, Electronic, and Vibrational Properties of 2D Graphdiyne-Like Carbon Nanonetwork Synthesized on Au(111): Implications for the Engineering of sp-sp2 Carbon Nanostructures
石墨二炔是一种基于sp-sp2杂化的原子级薄的二维碳纳米结构，是一种有吸引力的体系，可能显示出优异的机械和光电性能。卤化sp-碳基分子前体的表面催化偶联代表了一种有前途的自下而上的策略，以在金属基底上制造具有工程结构的扩展的2D碳系统。在这里，我们研究了原子尺度的结构和电子和振动性质的扩展graphdiyne-like sp-sp2碳纳米网络生长在Au（111）通过表面合成。通过扫描隧道显微镜（STM）、拉曼光谱并结合密度泛函理论（DFT）计算来监测沉积后作为退火温度的函数的这种2D纳米网络在其不同阶段的形成。高分辨率STM成像和拉曼光谱对键性质的高灵敏度为解开sp-sp2碳纳米结构的原子尺度性质提供了独特的策略。我们发现，2D碳纳米网络和底层衬底状态之间的杂交强烈影响其电子和振动特性，修改大幅度的状态和拉曼光谱的密度相比，独立的系统。这为电子性质的调制开辟了道路，在未来的催化，光转换和碳基纳米电子学的活性纳米材料的应用前景显着。
2020-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Early stages of radiation damage in graphite and carbon nanostructures: A first-principles molecular dynamics study
了解碳材料中的辐射诱导缺陷形成对于核技术和具有所需特性的纳米结构的制造至关重要。利用第一性原理分子动力学，对石墨辐射损伤的非平衡过程进行了系统的研究。我们的研究揭示了丰富多样的缺陷结构（空位，晶体，亲密的晶体-空位对，和面内拓扑缺陷）的形成能量为5- 15 eV。我们澄清其创建的机制，并找到意想不到的偏好特定的结构。分析了纳米结构可控缺陷辅助工程的可能性。特别是，我们得出结论，两个不同的低能量亲密Frenkel对缺陷的选择性创建可以通过使用90- 110 keV的电子束照射实现。
2007-03-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Carbon and Boron Nitride nanostructures for Hydrogen storage applications through a theoretical perspective
综述了近年来碳和氮化硼纳米结构储氢材料的研究进展。碳和氮化硼纳米结构由于其重量轻和高表面积而被认为在这一前景中是有利的。许多研究人员已经强调了用于移动应用的原始结构的缺点。在这种情况下，考虑到弱范德华相互作用，因此，氢分子与主体材料弱键合，因此吸附能弱，氢分子吸收低。因此，为了调节吸附能以及整体动力学，许多研究者采用了诸如掺杂、轻碱-碱土金属装饰、空位、功能化、压力变化、施加外部电场和双轴应变的方法。原子修饰物理吸附储氢是一种很有前景的储氢方法。在此条件下，主体材料具有较高的存储容量，具有相当大的平均吸附能和可行的吸附/脱附动力学。
2021-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nanostructure of a cold drawn tempered martensitic steel
用三维原子探针研究了一种回火马氏体钢经冷拔后的碳原子分布。数据清楚地表明，碳酸盐岩在变形的早期阶段就开始分解。这表明，在塑性形变过程中，石墨分解的驱动力与界面能的强烈增加无关。还分析了碳气氛。它们可能是由于碳原子沿Fe_3C碳化物钉扎位错的管道扩散所致。
2006-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Band Structure and Quantum Conductance of Nanostructures from Maximally-Localized Wannier Functions: The Case of Functionalized Carbon Nanotubes
我们结合了大规模的，$Γ$点电子结构计算的最大局域化的Wannier函数的方法，有效地计算能带结构和量子电导的复杂系统包含数千个原子，同时保持完整的第一性原理的准确性。我们已经应用这种方法来研究金属单壁碳纳米管的共价官能化。我们发现，周围的费米能的能带结构是少得多的依赖于配体的化学性质比上的$sp^3$功能化模式破坏共轭网络。当与饱和氢配对时，常见的芳基官能化更稳定;即使配对时，它们仍然充当强散射中心，降低已经在低覆盖度下的纳米管的弹道电导。
2005-07-04 cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional carbon nanostructures with periodic graphitic nitrogen substitution
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）
研究通过表面合成制备含周期性石墨氮的一维碳纳米结构，用扫描隧道显微镜等监测反应，揭示其电子特性，为自旋电子学等领域提供合成路线。
2026-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A parameter-free statistical model for two-dimensional carbon nanostructures
该研究结合八隅体规则提出无参数统计模型，通过解除碳纳米结构能量简并，无需外部参数即可精确预测键合能、电子密度及电子结构，为多维度电子性质研究提供新途径。
2024-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The impact of edges and dopants on the work function of graphene nanostructures. The way to high electronic emission from pure carbon medium
采用从头算方法研究了边缘和掺杂剂对石墨烯纳米带和石墨烯纳米片的功函数的影响。发现了WF对GNR结构的强烈依赖性，并观察到施主型杂质的场发射的有前途的特性。基于纳米结构边缘对发射性质的主要影响，研究了小石墨烯薄片作为电子发射的可能来源。所获得的石墨烯薄片的低WF值对它们的尺寸和形状的弱依赖性允许表明具有高且均匀的发射性质的纯碳介质可以通过当今技术制造。
2013-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional Silicon and Germanium Nanostructures With No Carbon Analogues
在这项工作中，我们报告了新的硅和锗管状纳米结构，没有相应的稳定的碳类似物。通过从头算方法研究了这些新管的电子和力学性质。我们的研究结果表明，该结构具有较低的能量比其相应的纳米结构，是稳定的高温（500和1000 K，硅和锗管，分别）。这两种管都是半导体的，具有小的间接带隙，可以通过压缩和拉伸应变显着改变。大的带隙变化几乎50%的应变率小到3%，这表明在传感器设备中可能的应用。它们还具有高杨氏模量值（分别为0.25和0.15 TPa）。TEM图像进行了模拟，以帮助识别这些新的结构。
2014-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Local large temperature difference and ultra-wideband photothermoelectric response of the silver nanostructure film/carbon nanotube film heterostructure
光热电材料在许多领域有着重要的应用。在这里，我们通过范德华力将银纳米结构薄膜（AgNSF）和碳纳米管薄膜（CNTF）连接在一起，形成了AgNSF/CNTF异质结，该异质结显示出优异的光热和光电转换性能。当用紫外到太赫兹波长的激光照射异质结时，局域温差和输出光电压迅速增加。局部温差的最大值达到205.9K，明显高于文献报道的其他光电材料。其光热响应率和光电响应率与激光波长有关，分别为175-601 K/W和9.35-40.4 mV/W。结果表明，局域表面等离子体增强了碳纳米管的光吸收，而输出光电压主要由塞贝克效应控制。AgNSF/CNTF异质结构可用作高效灵敏光热材料或超宽带快速响应光电材料。
2021-10-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A depth resolved investigation of hydrogen uptake in carbon based nanostructures by soft-to-hard photoemission spectroscopy
Università degli Studi di Roma Tre（罗马第三大学）；INFN Sezione di Roma Tre（罗马第三国立核物理研究所）；INFN Sezione di Roma（罗马国立核物理研究所）；Diamond Light Source Ltd（钻石光源有限公司）；University of Tsukuba（筑波大学）；Tsukuba Institute for Advanced Research (TIAR)（筑波高等研究院）
利用软到硬X射线光电子能谱深度分析，发现纳米多孔石墨烯和垂直排列碳纳米管氢化后形成sp³富集层，厚度有限，氢吸收主要局限于表面。
2026-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Carbon-based nanostructures as a versatile platform for tunable $π$-magnetism
开壳纳米石墨烯中$π$磁性的出现在几十年前就已经在理论上被预测，但是由于强化学反应性使得它们的合成和稳定化困难，它们的实验表征是难以捉摸的。近年来，真空条件下的表面合成为纳米石墨烯的原子级精确工程提供了前所未有的机会，结合扫描探针技术，我们在实现局域电子自旋态和控制原子级电子自旋相互作用的能力方面取得了实质性进展。在这里，我们回顾的基本概念和显着的进展，在过去几年中，并概述了碳基$π$ -磁性材料的多功能性作为一个有趣的平台，在自旋电子学和量子技术的应用。
2022-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Negative Differential Resistance in Carbon-Based Nanostructures
非线性电特性，例如负微分电阻（NDR），在包括忆阻器在内的许多电路中是必不可少的。在过去的半个多世纪里，人们提出了几种导致半导体器件中NDR现象的物理原因。在这里，我们报告了在高达37 K和高达10^5 A/cm^2的高导通电流密度下随机取向的石墨烯类纳米结构中的NDR行为形成。我们的电流-电压特性，包括自热效应的建模，表明低偏置电阻的强温度依赖性是负责的非线性电气行为。我们的发现为通过导电膜和底层衬底中的热管理在2D和3D材料基器件的纳米结构中实际实现按需NDR行为提供了机会。
2021-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Universal nature of collective plasmonic excitations in finite 1-D carbon-based nanostructures
Tomonaga-Luttinger（TL）理论预测了有限长度的一维纳米结构导体中的集体等离子体共振，其变化大致与结构的长度成反比。深入的定量了解这种共振，还没有明确确定在实验中，到目前为止，将是非常宝贵的未来几代的纳米光子和纳米电子器件，采用1-D导体。在这里，我们提供的等离子体共振在一些代表性的1-D有限的碳基纳米结构使用第一原理计算电子光谱研究的证据。我们的专用实时空间/实时全电子时间依赖密度泛函理论（TDDFT）模拟器可以执行激发态计算，以获得正确的频率为已知的光学跃迁，并捕捉各种纳米效应，包括集体等离子体激元激发。一维等离子体激元的存在是普遍预测的各种数值实验，这也证明了共振分裂的现象。对于所研究的金属碳纳米管，等离子体激元预计与无限长一维结构的T-L等离子体激元有关。
2015-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Carbon Nanotubes as a Basis of Metamaterials and Nanostructures: Crafting via Design Optimization
研究碳纳米管纳米桁架在超材料与纳米结构中的应用，基于分子动力学、神经网络与有限元框架进行设计优化，比较多种启发式优化方法，验证了碳纳米管在构建具有卓越力学性能结构方面的潜力。
2024-07-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Robust quantum engineering of current flow in carbon nanostructures at room temperature
针对碳纳米电子学中室温下量子干涉调控电流的有效性问题，结合分子动力学模拟与量子输运计算研究纳米多孔石墨烯，证实量子干涉室温下仍存在，为室温碳基量子纳米电路奠定基础。
2024-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Revealing the Nanostructure of Mesoporous Fuel Cell Catalyst Supports for Durable, High-Power Performance
在低Pt负载下实现高功率性能和耐久性是质子交换膜燃料电池的关键挑战。在新的炭黑载体上开发的PtCo催化剂显示出同时提供良好的氧还原动力学和局部氧传输的前景。我们研究了纳米级形态的作用，这些催化剂的性能支持访问（HSC-e和HSC-f）和传统的（科琴黑）多孔碳使用三维电子断层扫描，氮吸附，和电化学性能测量。我们发现，可访问的多孔碳具有中空的内部与中孔，更大，比传统的多孔碳更多。然而，介孔尺寸的开口（>2nm宽度）太罕见，无法解释显著的氧传输。相反，我们提出进入内部的主要氧运输途径是通过1-2nm的微孔通道渗透碳。在可接近的多孔碳中增加的中孔隙率导致通过支撑壳中的收缩的、曲折的微孔的较短的扩散路径长度，从而导致较低的局部氧传输阻力。在耐久性测试中，可接近的多孔碳显示出更快的电化学表面积损失速率，这可能是由于较少的收缩孔，这将减轻粗化，但在寿命结束时由于改善的局部氧输送而保持优异的高电流密度性能。
2020-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Resolving the sodiation process in hard carbon anodes with nanostructure specific X-ray imaging
本文利用原位SWAXS成像和三维SAXS断层扫描，空间分辨地揭示了硬碳负极钠化过程中微孔填充主导后期平台区、插层持续发生，并关联了镀钠与微孔填充程度，为钠离子电池负极机制研究提供了新方法。
2025-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Distinguishing sodium-ion penetration and sustained transport in realistic hard carbon nanostructures
本研究通过机器学习生成硬碳结构并进行分子动力学模拟，揭示了碳密度对钠离子存储和传输的影响，表明微观结构是决定离子持续渗透的关键因素。
2026-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Atomically-Precise, Custom-Design Origami Graphene Nanostructures
原子级精确的碳纳米结构的构建为开发用于科学研究和纳米技术应用的新型材料带来了希望。在这里，我们表明，石墨烯折纸是一种有效的方式将石墨烯转化为原子精确，复杂和新颖的纳米结构。通过扫描隧道显微镜操作，在低温下，我们反复折叠和展开石墨烯纳米岛（GNIs）沿任意选择的方向。形成双层石墨烯堆叠，其特征在于可调的扭转角和层之间的管状边缘连接。折叠单晶GNI产生具有特定手性和类似于碳纳米管的一维电子特征的管状边缘，而折叠双晶GNI产生定义明确的分子内结。折纸结构模型和电子能带结构计算，以补充分析的实验结果。本发明的原子精确的石墨烯折纸提供了一个平台，用于构建具有工程量子特性的新型碳纳米结构，并最终构建量子机器。
2020-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio study of the effects induced by the electron-phonon scattering in carbon based nanostructures
本文从第一性原理出发，研究了反式聚乙炔和聚乙烯两种典型纳米结构中电子-声子相互作用的影响。我们发现，强的电子-声子相互作用导致了频率依赖的电子自能的复杂结构的出现。这些结构排除了任何准粒子的图像，并使绝热和静态近似通常用于完善的海涅艾伦卡多纳（HAC）的方法不足。相反，我们提出了一个完全从头算动力学制定的问题内的多体扰动理论框架。目前的动力学理论表明，在电子自能中出现的结构与相关电子/声子态包的存在有关。这些状态出现在谱函数中，甚至在$T=0\,K$，揭示了零点运动效应所起的关键作用。我们给出了这些国家的物理解释，揭示其内部组成映射的多体问题的解决方案的特征值问题。
2013-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of carbon nanostructures based on bipartite nanocages units
本研究通过第一性原理模拟探究二分结构碳纳米笼的电子性质，揭示其前沿态对称性规律与边缘自旋极化特性，并提出将其作为1D、2D系统构建单元，发现这类系统均呈半导体行为且连接层级影响前沿态局域化程度。
2023-07-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Stochastic 3D modeling of nanostructured NVP/C active material particles for sodium-ion batteries
本文提出一种数据驱动的随机建模方法，结合成像与Pluri-Gaussian模型，量化纳米结构NVP/C正极材料形貌对有效性质的影响，并预测碳含量变化的效果，为资源高效优化提供新途径。
2023-10-10 cond-mat.mtrl-sci stat.AP
The role of carbon segregation on nanocrystallisation of pearlitic steels processed by severe plastic deformation
利用三维原子探针研究了珠光体钢在高压扭转过程中的碳分布和纳米结构。在变形的早期阶段（剪切应变为62），非化学计量比的铁素体分析接近相间边界和沿位错胞边界的碳原子的强烈偏析观察在铁素体。在300的剪切应变，只有少数的纳米尺度的非化学计量比的铁磁颗粒仍然和纳米尺度的等轴晶粒结构，晶粒尺寸约为20 nm的揭示。3D-AP数据清楚地指出碳原子沿晶界的强烈偏析。这种碳原子偏析的纳米结构的形成的影响进行了讨论，并提出了一个方案占严重的塑性形变过程中的纳米结晶。
2008-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Charge-Transfer Induced Reactivity in sp Carbon Atomic Wires: Towards 0-D sp-sp2 Nanostructures
Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Huzhou Normal University（湖州师范学院）
研究通过电化学还原sp碳原子线制备了稳定的0维sp-sp²纳米结构，揭示了其在室温下长期稳定性和可调直径特性，为量子点应用奠定基础。
2026-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of linear carbon structures in a solid Ag nanoparticle assembly
线性sp碳纳米结构的一维（1D）系统的物理性质正在收集的兴趣。目前，这些系统的综合和研究的主要障碍是它们的不稳定性。在这里，我们提出了一个简单的方法来获得一个固体系统，其中线性sp链（即多炔）在银纳米粒子组装显示在环境条件下长期稳定。利用银纳米粒子组装体的等离子体共振，通过表面增强拉曼散射（SERS）研究了线性碳的存在和行为。这个模型系统打开了一个有趣的形式的碳纳米结构研究的可能性。
2006-10-03 cond-mat.mtrl-sci
What is the ground-state structure of intermediate-sized carbon clusters?
碳团簇各种纳米结构相对结构稳定性的综合研究（包括富勒烯、笼、洋葱、二十面体簇、巴基金刚石簇，球形块状终止簇，和具有刻面终止的团簇）在d < 5 nm范围内的半经验方法进行了研究（SCED-LCAO）哈密顿量。结果发现，在这些具有相同直径的纳米结构中，富勒烯仍然是最稳定的结构，相比之下，二十面体簇是其他四价簇的一系列离散n值的基态结构。利用基于SCED LCAO哈密顿量的有限温度分子动力学方法，观察到了从巴基金刚石结构到洋葱结构、笼结构、洋葱结构到笼结构的转变.还发现富勒烯的HOMO-LUMO能隙的尺寸依赖性显示出作为其直径（d）的函数的振荡。这种振荡与富勒烯的对称性有关，并且振荡的幅度似乎随着其尺寸的增加而减小。
2008-07-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Prediction of Carbon Nanostructure Mechanical Properties and Role of Defects Using Machine Learning
碳纤维和石墨烯基纳米结构，如碳纳米管（CNT）和缺陷结构，作为坚固和轻质材料具有非凡的潜力。一个长期存在的瓶颈是缺乏对原子尺度工程的理解和实施，以利用模量和拉伸强度的理论极限，其中只有一小部分今天通常达到。在这里，我们展示了CNT和任意3D石墨组件的机械性能的准确和快速预测，基于来自尖端反应MD模拟和机器学习（ML）的1000多条应力-应变曲线的训练集。比较了几种ML方法，结果表明，我们新提出的具有空间信息的分层结构图神经网络（HS-GNN）实现了对任何3D纳米结构的模量和强度的预测，在很大范围内的可能值中只有5-10%的误差。其可靠性足以满足实际应用，并且与现有ML方法相比有很大改进，偏差高达50%，并且与早期特定化学模型相比偏差为20%。该算法允许超过10倍的速度比传统的分子动力学模拟的机械性能预测，识别的缺陷和随机的3D形态的作用，和高通量筛选的3D结构增强的机械性能。这些算法可以扩展到100 nm大小的形态，扩展到化学相似的化合物，并经过训练以预测更广泛的性质。
2021-10-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Growth of single wall carbon nanotubes from $^{13}$C isotope labelled organic solvents inside single wall carbon nanotube hosts
探索新型分子纳米结构的合成在过去十年中一直处于材料研究的前沿。其中最有趣的纳米结构是单壁碳纳米管（SWCNT）。然而，它们的无催化剂增长仍然是一个难以捉摸的目标。在这里，我们提出了从有机溶剂，如苯和甲苯在一个封闭的环境中，在主机单壁碳纳米管的单壁碳纳米管的生长。当在动态真空下在1270 $^{\circ}$ C下进行热处理时，包封在SWCNT中的溶剂转化为内管。我们使用同位素标记不同的碳源来证明内胎的来源确实是溶剂。我们的研究结果提出了限制的模型解释的内管生长，并提供了一个简单的替代富勒烯为基础的内管生长。它还为研究一个全新的管内化学领域提供了可能性。
2006-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Nonreciprocal plasmons in one-dimensional carbon nanostructures
Max-Born-Institut（马克斯·玻恩研究所）；Center for Nanophotonics, NWO Institute AMOLF（纳米光子学中心，NWO AMOLF研究所）；ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究所）；ICREA-Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats（ICREA-加泰罗尼亚研究高级学院）；POLIMA—Center for Polariton-driven Light–Matter Interactions, University of Southern Denmark（POLIMA-极化激元驱动光物质相互作用中心，南丹麦大学）；Danish Institute for Advanced Study, University of Southern Denmark（丹麦高等研究院，南丹麦大学）
本研究通过偏置石墨烯纳米带和碳纳米管实现非互易等离子体控制，揭示电偏压可打破互易性，为非互易纳米光子学提供新平台。
2025-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Atomic Configuration of Nitrogen Doped Single-Walled Carbon Nanotubes
在纳米结构中的掺杂剂的原子水平上获得化学环境对于理解其性质至关重要。我们已经进行了原子分辨电子能量损失谱检测单壁碳纳米管中的单个氮掺杂剂，并与第一性原理计算进行了比较。我们表明，氮掺杂发生在不同的键合配置的单个原子：石墨样和吡咯样取代氮相邻的局部晶格畸变，如石头投掷威尔士缺陷。这些纳米管的电子束下的稳定性进行了研究，在两个极端情况下的氮掺入量和配置。这些发现为这些纳米结构的应用提供了关键信息。
2014-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Interaction between water and carbon nanostructures: How good are current density functional approximations?
该研究构建了包含水-碳结构及冰多晶型的WaC18基准集，测试28种DFT方法的相互作用能计算精度，明确了各类泛函中性能最优的方法，证实现代范德华校正可显著提升计算表现。
2019-08-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
First-Principles Study of the Electronic and Magnetic Properties of Defects in Carbon Nanostructures
理解石墨烯纳米结构的磁性有助于未来的自旋电子学应用。已知这些磁特性主要取决于缺陷的存在。在这里，我们回顾了我们最近的理论研究，使用密度泛函计算的两种类型的缺陷在碳纳米结构：取代掺杂与过渡金属，和sp $^3$型缺陷与有机和无机分子的共价官能化。我们专注于这些缺陷，因为它们可以用来在石墨烯基材料中产生和控制磁性。我们的主要结果总结如下：i）取代金属杂质是完全理解使用的模型的基础上的金属原子的$d$状态和与未重构的D $_{3h}$碳空位的缺陷能级之间的杂化。我们确定了三种不同的制度，与占领不同的杂交水平，这决定了这种类型的掺杂获得的磁性能; ii）1.0 $μ_B$的自旋矩总是诱导化学功能化时，一个分子化学吸附在石墨烯层通过一个单一的C-C（或其他弱极性）共价键。吸附物之间的磁耦合显示了一个关键的依赖于亚晶格吸附网站。这种效应类似于H吸附，然而，具有普遍性; iii）可以使用应变来控制替代金属杂质的自旋矩。特别是，我们表明，虽然镍替代是非磁性的平面和无应变的石墨烯，这些缺陷的磁性可以通过施加单轴应变或曲率的石墨烯层激活。这些结果为石墨烯及相关材料中缺陷诱导磁性的形成和控制提供了关键信息。
2013-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Novel Nanoscroll Structures from Carbon Nitride Layers
纳米卷（纸莎草状纳米结构）是非常有吸引力的结构，用于各种应用，由于其可调的直径值和大的可及表面积。它们已成功地由不同的材料合成。在这项工作中，我们已经调查，通过完全原子分子动力学模拟，一系列的石墨烯状氮化碳（CN）二维系统的涡卷形成的动力学：gCN，三嗪基gC3N4，和heptazinebased gC3N4。我们的研究结果表明，稳定的纳米卷可以形成所有这些结构。可能的合成路线，以产生这些纳米结构也得到解决。
2014-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ultra-Thin Double-Walled Carbon Nanotubes A Novel Nanocontainer for Preparing Atomic Wires
采用氢弧放电法制备了高石墨化度的双壁碳纳米管。所获得的DWCNT具有内管和外管两者的直径的窄分布，并且超过一半的DWCNT具有在0.6-1.0 nm范围内的内径。测量了DWCNT阴极到阳极的场致电子发射，在4.3 V/μm的电场下，发射电流密度达到1 A/cm 2。经过高温处理的DWCNT，长的线性碳链（C链）可以在超薄DWCNT内生长，形成一种新的C链@DWCNT纳米结构，表明这些超薄DWCNT是一个合适的纳米容器，用于制备真正的一维纳米结构与一个原子直径。
2011-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Localized Joule heating and carbonization process optimization of 3D printed polymer structures for lab-on-CMOS applications
University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）；Oak Ridge National Lab（橡树岭国家实验室）
针对CMOS芯片上3D打印聚合物碳化时高温损伤电路的问题，提出局域焦耳加热方案，结合模拟优化工艺，在CMOS兼容温度窗口内实现了聚合物完全碳化，验证了其可行性。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci cs.ET physics.app-ph
Carbon Nanotube-based Super Nanotube: Tailorable Thermal Conductivity at Three-dimensional
纳米材料或纳米结构的进步使得制造在工程应用中具有巨大前景的多功能材料成为可能。基于碳纳米管（CNT）的纳米结构是这种多功能材料的一种代表性构建块。基于一系列的计算机研究，我们报告了三维CNT基纳米结构的热导率的可定制性，即，单壁碳纳米管（SWNT）为基础的超级纳米管（ST）。结果表明，不同碳环连接的ST的热导率不同，且具有较长组成的单壁碳纳米管和较大直径的ST产生较小的热导率。进一步的计算结果表明，ST的导热系数的倒数与其长度的倒数呈良好的线性关系。特别是，它被发现的热导率表现出近似成比例的关系与温度的倒数，但似乎不敏感的轴向应变，由于其泊松比。这些结果，一方面，提供了一个基本的理解的ST的超级碳纳米管的导热性能，并在另一方面阐明其未来的设计或制造和工程应用。
2015-05-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
