Topologically Invariant Double Dirac States in Bismuth based Perovskites: Consequence of Ambivalent Charge States and Covalent Bonding
体和表面电子结构，使用密度泛函理论和紧束缚模型哈密顿计算，揭示了存在两个拓扑不变（TI）的表面状态在家庭的立方Bi钙钛矿（ABIO $_3$ ; A = Na，K，Rb，Cs，Mg，Ca，Sr和Ba）。由Bi- $\{$ s，p $\}$ - O- $\{$ p $\}$配位共价相互作用的成键和反键态形成两个TI态，一个位于价带（TI-V），另一个位于导带（TI-C）。在膜的某一临界厚度（其随A而变化）以下，顶表面和底表面的TI状态耦合以破坏狄拉克型线性色散并因此打开表面能间隙。形成TI态所必需的s-p带反转的起源将ABiO $_3$家族分为两类。对于I类（A = Na，K，Rb，Cs和Mg），Bi-p态的自旋-轨道耦合导致了TI-C态的能带反转;对于II类（A = Ca，Sr和Ba），Bi-p态的自旋-轨道耦合导致了TI-C态的能带反转。
2018-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Surface Reconstructions and Bonding via the Electron Localization Function: The Case of Si(001)
当切割表面时，共价半导体的键合图案被破坏，同时保持刚性（截断的本体）几何形状。当允许重构时，共价键部分地被重构（具有相当大的能量增益）。我们表明，“电子局域化功能”（ELF）-适用于第一原理赝势框架-提供了一个前所未有的洞察成键机制。在未重建的表面中，检测到部分金属特征，其在重建时消失。在表面重组的债券，ELF急剧可视化强烈的成对电子，在字符的散装债券。
1999-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Role of covalent Fe-As bonding in the magnetic moment formation and exchange mechanisms in iron-pnictide superconductors
以LiFeAs为原型，阐明了层状FeAs化合物中巨大磁结构效应的电子起源。这些材料的关键特征是Fe和As之间的强共价键合，其倾向于抑制交换分裂。成键-反键劈裂对Fe和As核之间的距离非常敏感。我们认为，键合和磁性之间的脆弱的相互作用是普遍的这一系列化合物。在实空间中分析了交换相互作用，以及它与共价和掺杂的相关性。随着Fe-As距离的减小，相互作用和巡游的范围增大。超交换对最近邻耦合有很大的反铁磁贡献，当局域磁矩不太小时，最近邻耦合会产生很大的各向异性。这种各向异性对掺杂非常敏感。
2008-12-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Designing all-graphene nanojunctions by covalent functionalization
我们从理论上研究了共价边缘功能化，与有机官能团，对石墨烯纳米结构和纳米结的电子性质的影响。我们的分析表明，功能化可以被设计为调整石墨烯薄片的电子亲合势和电离势，并控制纳米宽石墨烯结中前线轨道的能量对准。所提出的机制的稳定性进行了讨论相对于功能团，它们的数量以及石墨烯纳米结构的宽度。我们的工作结果表明，不同的水平对齐可以获得和工程，以实现稳定的全石墨烯纳米器件。
2012-03-29 cond-mat.mtrl-sci
The Nature of Bonding in Bulk Tellurium Composed of One-Dimensional Helical Chains
碲（Te）体是由一维螺旋链组成，它们之间通过范德华力（vdW）相互作用耦合。然而，基于第一性原理密度泛函理论计算，我们在这里提出了相邻链之间不同的成键性质：即，由正常共价键构成的螺旋链通过配位共价键连接在一起。结果表明，Te原子的孤对电子参与了相邻链间配位共价键的形成。因此，每个Te原子表现为相邻链的电子供体和相邻链的电子受体。这种配体-金属-类键合性质在散装Te的结果在相同的顺序的体模量沿平行和垂直于链的方向，对比vdW晶体的体模量的大的各向异性。我们进一步发现，平行和垂直于链的电子有效质量几乎是彼此相同的，与观察到的近各向同性的电阻率一致。因此，它表明，正常/配位共价键平行/垂直于散装Te中的链导致结构和输运性质的轻微各向异性，不同于在典型的二维（2D）vdW材料，如石墨和MoS $_2$中观察到的强各向异性。
2017-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Covalent pathways in engineering h-BN supported graphene
堆叠的石墨烯六方氮化硼（h-BN）异质结构内的交叉平面双空位（CPDV）提供稳定的共价连接以桥接相邻的石墨烯和h-BN片。结果表明，CPDV充当石墨烯和h-BN之间跨平面原子传输的焦点，并且可以通过化学环境和电荷工程的调制来预测性地操纵层间连接的化学性质以及这些缺陷处的相关跨平面迁移途径，以实现一致的B或N掺杂和石墨烯的同时愈合。本研究提出了一种可行的方法，集成辐射，化学和电荷工程，以生产高品质的石墨烯与可调的电子和电化学性能，使用h-BN衬底。
2015-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Incipient Metals: Functional Materials with a Unique Bonding Mechanism
虽然固态材料通常被分类为共价键、离子键或金属键，但也有一些情况违背了这些标志性的键合机制。一个突出的例子是用于数据存储或光子学的相变材料（PCM），最近有人认为它显示了“共振”键合;然而，直到今天还缺乏对这种机制的明确定义。在这里，我们表明，这些固体明显不同于苯和石墨烯的π轨道系统中的共振键合。相反，它们表现出一种介于共价键和金属键之间的独特机制，我们称之为“间价”键。这些材料处于电子离域的边缘，这解释了它们特殊的属性组合，因此我们认为它们代表了“初期金属”。这对固态材料的键合性质产生了更深入的基本见解，并有望加速包括相变材料和热电材料在内的新功能材料的发现和设计。
2017-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Type and Degree of Covalence: Empirical Derivation and Implications
原子相互连接的方式定义了功能，例如，机械的，光学的，电子的，给定材料的。因此，化学键的性质是材料中最基本的问题之一。离子相互作用，即，由与原子相关的电荷产生，以及共价电荷，即，不同原子的原子核之间共享电子，通常被看作是原子之间相互吸引以形成刚性结构的力。虽然在固体材料中不太常见，但理论上表明，在半导体的化学活性电子壳层（或价带最大值）处的共价相互作用可以逆转其更常见的性质并变得排斥，即，反对结合。一些具有这种预测的反键价带最大能级的半导体（如卤化物钙钛矿）在实验上显示出一些惊人的（光）电子特性。预测反键特性可以允许容忍现有的缺陷，至少部分地，可以解释这种半导体的优越性能。虽然有已知的实验方法来估计共价性质的程度（例如，电负性），这对于该类型迄今为止是不可能的，即，区分材料是否表现出成键或反键共价相互作用。我们已经开发出一种简单的方法来揭示化学键的完整性质（类型和程度），使用实验数据。在用经典模型和理论预测证实了我们的发展之后，用一组~40种不同的功能半导体，我们展示了共价键的完整性质的知识对于半导体的基本性质是多么的重要。
2019-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of CrNF: the first half-metallic ferromagnet nitride fluoride mimicking CrO2
基于不同的共价与离子化学键和等电子金红石CrO 2，CrNF提出从有序的金红石衍生物结构进行充分的几何优化。由结合能确定的基态结构为MgUO 4型，其特征为Cr-N键距离短，Cr-F键距离长。与CrO 2一样，它是一种半金属铁磁体，每个分子式单位具有M = 2玻尔磁子整数磁化强度，少数自旋处的带隙减小。磁响应压力的主要差异表征CrNF作为一个软铁磁体与硬磁CrO 2。化学键合性质指向占主导地位的共价Cr-N与离子Cr-F键合。提出并分析了两种不同协议下的综合路由。
2014-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Dispersive and Covalent Interactions Between Graphene and Metal Surfaces from the Random Phase Approximation
本文采用密度泛函理论和随机相近似（RPA）方法计算了石墨烯吸附在Cu（111）、Ni（111）和Co（0001）表面的势能面。对于这些吸附系统的共价和分散的相互作用是同样重要的，而常用的近似交换相关泛函给范德华或化学键的描述不足，RPA帐户准确地为两者。结果发现，吸附是一个微妙的竞争之间的弱化学吸附最小接近表面和物理吸附最小远离表面。
2011-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Covalent Functionalisation on Thermal Transport Across Graphene-Polymer Interfaces
本文研究了不同共价功能化石墨烯增强聚合物复合材料的界面热阻。通过使用分子动力学模拟，所获得的结果表明，在石墨烯中的共价官能化在降低石墨烯-石蜡界面热阻中起着重要作用。这种减少取决于官能团的覆盖范围和类型。在各种官能团中，丁基被发现是最有效的降低界面热阻，其次是甲基，苯基和甲酰基。考虑中的其他官能团，如羧基，羟基和胺被发现产生的界面热阻可以忽略不计的减少。对于层数最多为四层的多层石墨烯，界面热阻对层数不敏感。不同的官能团和层数对界面热阻的影响也阐述了使用的石墨烯和石蜡基质的振动态密度。本研究结果提供了有用的指导方针，在实际的热管理的功能化石墨烯的应用。
2015-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Bonding in MgSi and AlMgSi Compounds Relevant to AlMgSi Alloys
用（L）APW+（lo）DFT方法研究了AlMgSi合金中MgSi和AlMgSi化合物的成键和稳定性。我们发现，$β$和$β''$相中发现的沉淀序列的特点是通过存在的共价键之间的硅-硅最近邻对和共价/离子键之间的镁-硅最近邻对。然后，我们研究了两个最近发现的沉淀相，U1和U2，除了Mg和Si都含有Al的稳定性。我们表明，这两个阶段的特点是紧密结合的铝硅网络，使可能通过从镁原子的电荷转移。
2003-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Competition between covalent bonding and charge transfer at complex-oxide interfaces
在这里，我们研究了铜酸盐/锰氧化物界面的电子性质。利用原子分辨电子显微镜和能谱技术，我们制作了一幅亚纳米尺度的过渡金属氧化态分布图，它位于高$T_c$超导体YBa $_2$ Cu $_3$ O $_{7-δ}$和巨磁电阻化合物（La，Ca）MnO $_3$之间的界面上.电子从锰氧化物到铜氧化物的净转移具有特殊的非单调电荷分布。模型计算合理化的配置文件之间的竞争标准的电荷转移趋势（由于带失配），强化学键合效应的界面，和Cu取代到Mn晶格，具有不同的特征长度尺度。
2014-06-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Metavalent bonding in crystalline solids: how does it collapse?
化学键是化学中最强大但又有争议的概念之一，它解释了固体的性质趋势。近年来，在几种高硫族化合物中发现了一种新型的化学键，其特征是具有独特的性质，非常规的键断裂和相邻原子之间共享一个电子。间价键合是除了共价键合、离子键合和金属键合之外的基本键合类型，如果间价键合和共价键合之间存在明确定义的过渡，则提出相关问题。对于三种不同的赝二元线，即GeTe 1-xSex，Sb 2 Te 3（1-x）Se 3 x和Bi 2 - 2xSb 2 xSe 3，在几个属性，包括光学介电常数，玻恩有效电荷，电导率以及键断裂观察到一旦达到临界Se或Sb浓度的突然下降。这一发现提供了一个蓝图，探索的影响，间价键的有吸引力的性能用于相变材料和热电。
2020-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Molecular pillar approach to grow vertical covalent organic framework nanosheets on graphene: new hybrid materials for energy storage
制备了由垂直取向的共价有机框架（COFs）和石墨烯组成的杂化2D-2D材料，并测试了其储能应用。将共价连接到氧化石墨烯（GO）的二硼酸分子用作用于引导COF-1纳米片（v-COF-GO）垂直生长的成核位点。该杂化材料显示出相对于GO边缘取向的厚度为约3至15 nm的COF-1纳米片森林。在不存在分子柱的情况下进行的相同反应导致平行于GO表面的厚COF-1片晶的不可控生长。将v-COF-GO转化为导电碳材料，保留了前体的纳米结构，其中多孔碳纳米片以边缘取向接枝到石墨烯上。它被证明是超级电容器的高性能电极材料。分子柱方法可用于制备许多其他2D-2D材料，并控制它们的相对取向。
2018-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Simulation of Covalent Bond Dynamics in Liquid Silicon
许多原子液体可以形成短暂的共价键，这让人想起相应的固态。这些方向性的相互作用决定了液态的许多重要性质，这就需要对这些复杂系统中的键合进行定量的、原子尺度的理解。一个典型的例子是液态硅，其中瞬时共价键引起局部四面体秩序和随之而来的对液态热力学和动力学的非平凡影响。为了进一步了解液态硅和类似液体中的共价键，我们提出了一种基于从头计算模拟的方法来量化凝聚相中共价键的结构和动力学。通过对硅核和最大局域化Wannier函数中心之间结构相关性的研究，我们提出了液态硅中共价键的几何判据。我们用它来监测动态的瞬态共价键在液体状态和估计共价键的寿命。我们比较共价键动力学的其他过程中的液体硅和类似的液体，并建议实验来测量共价键的寿命。
2020-03-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Understanding and Designing Phase Change Materials: Insights from Atom Probe Tomography
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Peter-Grünberg-Institute – JARA-Institute Energy Efficient Information Technology (PGI-10)（彼得·格林伯格研究所 - JARA能源高效信息技术研究所）
本文基于原子探针层析技术（APT）的进展，明确晶态相变材料（PCMs）采用金属价键（MVB）键合机制，非晶态为共价键，利用量子化学键合图谱可指导PCMs的设计与特性趋势解释。
2026-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Covalent bonding and the nature of band gaps in some half-Heusler compounds
半赫斯勒化合物\textit{XYZ}，也称为半赫斯勒化合物，以MgAgAs结构结晶，空间群为$F\bar43m$。我们报告了一个系统的检查带隙和半导体8-和18-电子半Heusler化合物通过第一性原理密度泛函计算的键合的性质（共价或离子）。我们发现从电子结构的角度对这些化合物最合适的描述是由\textit{X}离子填充的\textit{YZ}锌晶格。在8电子化合物中，成键遵循简单的价规则。例如，LiMgN可以写为Li $^+$ +（MgN）$^-$，并且与（SiSi）等电子的（MgN）$^-$形成锌双晶晶格。18电子的化合物可以类似地被认为遵守价规则。像TiCoSb这样的半导体可以写成Ti $^{4+}$ +（CoSb）$^{4-}$ ;后者与锌掺杂的GaSb是等电子和同构的。对于8电子和18电子化合物，当\textit{X}固定为某些正电性阳离子时，计算的带隙近似地随着\textit{Y}和\textit{Z}的Pauling电负性的差异而变化。特别令人兴奋的是，这个简单的共价键合\textit{YZ}晶格的想法也可以扩展到非常重要的\textit{magnetic}半赫斯勒相;我们将这些描述为在费米能处具有带隙的化合物\textit{ie.}，尽管只有一个自旋方向。这些磁性化合物中的\textit{local}矩位于\textit{X}位点。
2005-09-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Atomic bonding and electrical characteristics of two-dimensional graphene/boron nitride van der Waals heterostuctures with manufactured defects via binding energy and bond-charge model
采用结合能-键-电荷模型研究了二维石墨烯/BN范德华异质结构的原子成键和电学性质。我们通过制造缺陷来操纵它的原子键合和电学性质。我们发现该过程产生了具有平带的能带结构，即，在费米能级上没有色散的水平能带结构。因此，我们的研究是有意义的，因为这是第一次报告，这种平面带的缺陷石墨烯/BN范德华异质结构。
2021-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Moiré lattice of twisted bilayer graphene as template for non-covalent functionalization
本研究提出利用扭转双层石墨烯的莫尔晶格作为模板，通过HATCN分子实现非共价功能化的空间调控，并借助拉曼光谱与DFT计算揭示其机制，为二维材料纳米图案化设计提供新途径。
2024-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Discovering electron transfer driven changes in chemical bonding in lead chalcogenides (PbX, where X = Te, Se, S, O)
了解固体中化学键的性质对于理解给定化合物的物理和化学性质至关重要。为了探索铅硫族化合物（PbX，其中X = Te，Se，S，O）中化学键合的变化，已经应用了性质、键断裂和量子力学键合描述符的组合。我们的探索结果揭示了电子转移驱动的过渡从PbX（X = Te，Se，S）的间价键的离子共价键在β-PbO。间价键的特征在于相邻原子通过共享大约一个电子和小的电子转移（ET）而保持在一起。从间价键到离子共价键的转变体现在这些量子力学描述符（ES和ET）以及基于属性的描述符（即Born有效电荷，介电函数，有效配位数（ECON）和模式特定的Grueneisen参数）和键断裂描述符（PME）的明显变化中。如果在离子核（ET）和/或原子间区域（ES）发生显著的电荷局部化，则间价键合崩溃。主要改变电子转移的程度打开了定制材料特性的可能性，例如化学键和电子极化率，光学带隙和光学带间跃迁，其特征在于介电函数的虚部。因此，从这项研究中获得的见解突出了金属键合概念的技术相关性及其在材料设计中的潜力。
2020-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Softened sp2-sp3 bonding network leads to strong anharmonicity and weak hydrodynamics in graphene+
石墨烯+是一种具有sp2-sp3杂化的新型碳单层，最近报道其表现出石墨烯样狄拉克性质和前所未有的面外半拉胀行为[Yu等人，Cell Reports Physical Science，3100790（2022）]。在这里，从全面的最先进的第一性原理研究，我们报告了特殊的晶格热输运性能的石墨烯+驱动的独特的sp2-sp3晶体配置。在室温下，石墨烯+的热导率计算为~170 W/mK，远低于石墨烯的热导率（~3170 W/mK）。因此，热导率幅度的降低源于由于独特的sp2-sp3晶体构型而导致的软结合。软键抑制了声学声子的振动，这导致了强的非谐性和弱的声子流体力学。此外，石墨烯+中出现较低的群速度、弛豫时间和较小的声子平均自由程，并且实现了显著降低的热导率。我们的研究为石墨烯+的热输运性质提供了基本的物理见解，并且由于弱散射相空间，它可以作为研究原子成键与热输运性质的理想模型。
2022-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Plane Wave Density Functional Theory Studies of the Structural and the Electronic Properties of Amino Acids Attached to Graphene Oxide via Peptide Bonding
我们研究了电子和氨基酸（丙氨酸，甘氨酸和组氨酸）连接到氧化石墨烯（GO）的肽键的结构特性，通过平面波赝势总能量计算内的局部自旋密度近似（LSDA）。的HOMO-LUMO间隙，赫希菲尔德电荷，和平衡的几何结构表现出敏锐的变化取决于所附的氨基酸的种类。GO-氨基酸系统似乎是一个很好的候选人作为生物传感器。
2015-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Interplay of Chemical Bonding and Magnetism in Fe_4N, Fe_3N, Fe_2N
用自旋密度泛函理论对Fe_4N、Fe_3N和Fe_2N的化学键和磁性进行了比较研究。所有这些化合物形成紧密堆积的Fe晶格，而N占据八面体间隙位置。高自旋fcc Fe和假设的岩盐结构FeN作为参考系被纳入我们的研究中。我们发现，强，共价Fe-N键作为一个实质性的σ型p-d杂化的结果，与一些电荷转移到N。那些对p-d键有贡献的Fe d轨道不再参与Fe d带的交换分裂。由于大的交换场，大多数自旋d带总是被完全占据，而少数自旋d带接近半填充，从而优化了Fe d-d共价键。结果表明，在很好的近似下，Fe的磁矩从fcc铁（2.7 μ B）→ Fe_4N（2.7和1.97 μ B）→ \chem{Fe_3N}（1.99 μ B）→ α- Fe_2N（1.43 μ B）以0.5 μ B的步长递减。
1998-10-28 cond-mat.mtrl-sci
The First Precise Determination of Graphene Functionalisation by in situ Raman Spectroscopy
我们首次报道了一项涉及量子力学计算支持的原位拉曼光谱的全面研究，以前所未有的精度准确监测与石墨烯的共价结合。作为模型反应，我们选择了还原石墨（$KC_8$）与$H_2O$的氢化反应，并将其与相应的暴露于$H_2$和$O_2$进行比较。石墨烯氢化的早期阶段伴随着一系列迄今未发现的D带（$D_1$ - $D_5$）的演化。使用量子力学计算，我们能够明确地将这些带分配给共价键加数附近的不同晶格振动。有趣的是，$KC_8$暴露于$H_2$和$O_2$不会引起共价结合，而是分别嵌入分子$H_2$或部分氧化。$H_2O$和$O_2$处理的组合导致形成额外的羟基（-OH）官能团。后一种反应代表了在环境条件下（氢化和羟基化）石墨烯分解的非常合适的模型。我们已经应用这种拉曼分析来模拟和令人满意地表征一系列额外的共价官能化的石墨烯衍生物，其作为具有不同组成（例如，官能化程度和共价加成物的性质）的本体材料制备，展示了概念的一般性和石墨烯化学的基本价值。
2017-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Chemical Bondings Induced Rich Electronic Properties of Oxygen Absorbed Few-layer Graphenes
利用第一性原理计算研究了氧化石墨烯的电子性质。它们对石墨烯层数、堆叠构型和氧分布的变化非常敏感。电子结构特征丰富，表现出狄拉克锥的破坏或扭曲、带隙的开放、各向异性的能量色散、O和（C，O）主导的能量色散以及额外的临界点。除单层氧化石墨烯为半导体氧化石墨烯外，其余均为半金属氧化石墨烯。对于前者，在费米能级附近的扭曲的Dirac-cone结构和O主导的能带被同时揭示。轨道投影态密度（DOS）有许多特殊的结构，主要来自于一个复合能带，抛物线带和部分平坦带。DOS和空间电荷分布清楚地表明了O-O、C-O和C-C键中的关键键，这是导致其多样性的原因。
2015-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Covalent Hybrid of Spinel Manganese-Cobalt Oxide and Gra-phene as Advanced Oxygen Reduction Electrocatalysts
通过在氮掺杂的还原氧化石墨烯片上直接成核和生长纳米颗粒以及阳离子取代尖晶石Co 3 O 4纳米颗粒，开发了锰-钴尖晶石MnCo 2 O 4/石墨烯杂化物作为碱性条件下氧还原反应（ORR）的高效电催化剂。电化学和X射线近边结构（XANES）研究表明，形成无机纳米碳杂化物的成核和生长方法导致尖晶石氧化物纳米颗粒和N掺杂的还原氧化石墨烯（N-rmGO）片之间的共价偶联。碳K边和氮K边XANES显示N-rmGO片中的C-O和C-N键强烈扰动，表明N掺杂的氧化石墨烯和尖晶石氧化物纳米颗粒之间形成C-O-金属和C-N-金属键。Co L-edge和Mn L-edge XANES分析表明，Mn 3+取代了Co 3+位，提高了杂化材料中催化位的活性，从而进一步提高了杂化材料的ORR活性.共价键合的杂化物比纳米颗粒和包括N-rmGO的碳材料的物理混合物提供更大的活性和耐久性。在相同的质量负载下，MnCo 2 O 4/N-graphene杂化物在中等过电位下的ORR电流密度可以超过Pt/C，并且在碱性溶液中具有优于Pt/C的稳定性。
2012-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Rendering graphene supports hydrophilic with non-covalent aromatic functionalization for transmission electron microscopy
无定形碳膜已被常规用于增强冷冻水合透射电子显微镜（TEM）样品的制备，无论是在保留蛋白质浓度，提供机械稳定性或消散样品电荷。然而，来自无定形碳载体的强背景信号阻碍了样品的背景信号，并且无定形碳膜的绝缘性质排除了分散电荷的任何效率。石墨烯解决了无定形碳的局限性。石墨烯是一种晶体材料，几乎没有相位或振幅对比度，具有无与伦比的高载流子迁移率。然而，石墨烯的疏水特性阻碍了其在Cryo-TEM中的常规应用。这封信报告了一种使石墨烯TEM支持物亲水的方法-一种基于非共价芳族官能化保持石墨烯结构和电学性质的方便方法。
2014-03-27 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph
Bonding Signatures of Incipient Electron Localization in Topological Chiral Semimetals Near the Metal-Insulator Transition
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids（马克斯·普朗克固体物理研究所）；ESPCI Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université（巴黎高等物理化工大学、巴黎文理研究大学、法国国家科学研究中心、索邦大学）；Peter Grünberg Institute – JARA-Institute Energy Efficient Information Technology (PGI- 10)（彼得·格林贝格研究所 - JARA能源高效信息技术研究所）
该研究对比拓扑手性半金属与其他固体，揭示其在金属-绝缘体转变附近的独特键合特征及与类金属固体的不同晶格动力学响应，明确其键合机制。
2026-08-26 cond-mat.mtrl-sci
First-Principle Description of Correlation Effects in Layered Materials
基于密度泛函理论中的绝热-连接涨落-耗散定理，我们提出了一种各向异性材料的第一性原理描述，其特征在于具有弱（色散样）和强共价键。对于六方氮化硼的面内和面外键合以及振动动力学在平衡和当层被拉开时都得到很好的描述。还描述了共价和离子固体中的键合。的形式主义允许ping下来的共同交换相关泛函的不足之处，并提供了对相关功能的色散相互作用的列入洞察。
2006-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Bonding characteristics of the interfacial buffer layer in epitaxial graphene via density functional theory
单层外延石墨烯是用于各种各样的电子和光学应用的合适候选物。在SiC的Si面上生长石墨烯的一个优点是它作为单晶生长，下面的层也是如此，通常称为界面缓冲层。该支撑层的属性包括带隙，使得寻求构建具有开关能力的设备的团体感兴趣。在这项工作中，使用密度泛函理论，我们已经计算了缓冲层的SiC衬底下面的键合特性。这些计算用于确定在该界面中作为锚点的共价键之间的周期长度。此外，很明显，这些锚点的形成取决于石墨烯层和SiC之间的晶格失配。
2021-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Maximally valent orbitals in systems with non-ideal bond-angles
在追求一个最小的基础系统与非理想的键角，在这项工作中，我们试图查明的确切方向的主要重叠轨道沿最近的相邻的协调部分在一个给定的系统，使他们最大限度地代表共价相互作用，通过了系统。我们计算迈耶的键序，类似于Wiberg的键指数，在原子Wannier轨道的基础上，可定制的非简并杂化从第一原理构建，在一个有代表性的各种分子和分层系统。我们把他们的角度与无偏见的最大限度地本地化的描述成键和非键轨道，和能量隧道的电子通过它们之间最近的邻居，描述共价相互作用的不同物理方面，这不一定是由一个单一的一组独特的原子或成键轨道。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Single 3$d$ transition metal atoms on multi-layer graphene systems: electronic configurations, bonding mechanisms and role of the substrate
用X射线磁性圆二色性和电荷转移多重态理论研究了Fe、Co、Ni和Cu吸附原子在石墨烯和石墨表面的电子构型。长程相互作用和局部化学键之间的微妙的相互作用被发现影响吸附原子的平衡距离和磁矩。Fe和Co的结果与在石墨烯和石墨上具有不同3个$d$ -壳的纯物理吸附物质（分别为$d^{n+1}$和$d^n$）一致.另一方面，对于晚期3 $d$金属Ni和Cu，发现化学吸附的趋势，其强烈地淬灭两个衬底上的磁矩。
2014-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Superconductivity of MgB2: Covalent Bonds Driven Metallic
对MgB 2和相关等电子系统的一系列计算表明，与石墨相比，Mg（2+）离子层相对于键合“sigma”（sp_xp_y）带降低了非键合B“pi”（p_z）带，导致sigma-> pi电荷转移和0.13个空穴/电池的sigma带掺杂。由于它们的二维性，σ带对费米能级态密度有很大的贡献。计算的变形势的伽玛点声子确定的B键伸缩模式为主的电子-声子耦合。由σ带空穴驱动的超导电性与掺杂Al破坏超导电性的报道一致。
2001-03-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Extended characterization methods for covalent functionalization of graphene on copper
石墨烯是一种在广泛应用中具有巨大潜力的材料，对于每一种应用，都需要对材料特性进行特定的调整。这可以例如通过共价官能化来实现。我们已经开发了两种表面接枝的方案，无论是通过重氮盐还是通过亲核交换，直接在铜基底上进行石墨烯共价修饰，这是常规用于材料的合成，并研究了与其他基底相比反应性的差异。通过拉曼和表面增强拉曼光谱、质谱、X射线光电子能谱学和扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱证实了成功的功能化。此外，我们还发现铜衬底可以作为增强拉曼光谱的等离子体表面。此外，共价接枝显示出耐受转移过程，从而允许从铜到其他衬底的事后转移。该方案避免了湿法加工，并实现了功能化石墨烯的全气相转化，从而消除了主要污染源。
2021-07-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electronic and magnetic structures and bonding properties of Ce2CrN3 and U2CrN3 from first principles
用DFT方法计算了A_2CrN_3（A = Ce，U）三元化合物的电子和磁性结构，发现nf元素（n = 4，5）的电子和磁性行为不同。电荷分析允许将这两种化合物正式表示为A2 Cr 5+ N3 5-，从而将它们分类为共价氮化物，即远离+-9电子的正式交换。通过建立能量-体积状态方程，得到两种化合物的硬度值分别为：B 0（A=Ce）=192 GPa和B 0（A=U）= 243 GPa，均在基于重叠矩阵分析的金属-氮共价键的氧化物范围内。铀化合物由于体积更小并且U相对于Ce金属的可压缩性更小而更硬。Ce_2CrN_3在Cr上表现出大的磁化强度（1.94BM），在Ce上表现出非常小的磁矩（0.14BM），指出了中间价态，而在U_2CrN_3中，M（Cr）= 0.49BM，M（U）= 0.97BM。这些结果强调了宽带状态密度（DOS）行为的A=U和局域DOS的A=Ce。这两种化合物在基态都具有铁磁性
2016-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Chemical Bonding of Transition-metal Co$_{13}$ Clusters with Graphene
采用密度泛函方法研究了石墨烯上的Co $_{13}$团簇。我们沉积了几个自由异构体在不同的配置相对于六方晶格节点，研究甚至$hcp$ $2d$异构体最近获得的最稳定的一个。令人惊讶的是，与石墨烯键合的Co $_{13}$簇优选$icosahedron-like$结构，其中低位异构体非常扭曲，因为它与比以前的工作更多的键连接。对于任何异构体，最稳定的位置通过可以失去电子的Co原子与石墨烯结合。我们发现石墨烯和团簇之间的电荷转移足够小，可以得出结论，Co-石墨烯结合不是离子型的，而是化学的。此外，掺杂石墨烯上的不同异构体之间的稳定性顺序保持良好。这些发现也可能是感兴趣的石墨烯纳米结构，如带状和纳米管的磁性集群。
2015-12-24 cond-mat.mtrl-sci
A New Model of Chemical Bonding in Ionic Melts
我们开发了一个新的物理模型来预测无机熔融体系的宏观性质，使用原子间相互作用的现实描述。与传统方法不同，传统方法往往会高估粘度几倍，我们的系统由一组离子和中性原子的混合物组成。中性原子子系统是在液相中发生的共价/离子态还原的结果。计算的宏观性质（剪切粘度和自扩散常数）与实验的比较表明，我们的模型具有良好的性能。所提出的方法是由一个显着程度的碱金属和氯原子之间的共价相互作用的启发，预测的耦合簇理论。
2012-02-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Selective Chemical Modification of Graphene surfaces: Distinction between Single and Bilayer Graphene
与碳附着到石墨烯晶格相比，用氧或氢修饰石墨烯是众所周知的。通过共焦拉曼光谱分析了石墨烯片与芳香族重氮离子的化学修饰（碳附着）。表面吸附物种的时间和空间演变允许准确跟踪的化学反应和鉴定的中间体。sp2到sp3碳的受控转化在两个单独的步骤中进行。所提出的衍生化对于单层石墨烯是选择性的，并且允许将吸附的重氮试剂受控地转化为在单层石墨烯的边缘处具有增强的反应性的共价结合的表面衍生物。在双层石墨烯上，衍生化进行到吸附的中间体，而没有进一步反应以在碳表面上形成共价连接。
2010-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Disruption of the $sp^2$ bonding by the compression of the $π$-electronic orbitals of graphene at various stacking orders
我们调查的$π$ -电子的压缩和石墨烯层的堆叠顺序的影响下的行为。首先，我们发现电子几乎不能被压缩通过$sp^2$网络，无论堆叠顺序。如所预期的，在沿着$\textit{c}$轴的压缩下的大幅变形的电子轨道（主要是$π$ -电子的那些）增加了石墨烯层之间的层间相互作用，但令人惊讶地以类似的方式用于A-A和Bernal堆叠。另一方面，大的面外压缩使A-A堆叠的石墨烯层的面内声子频率显著地且非常不同于Bernal堆叠层地偏移。我们将这些结果归因于$sp^2$ -电子在压缩下填充碳六边形中的低密度中心区域以进行A-A堆叠，从而导致$sp^2$ -成键的非单调变化。结果强烈建议不要忽视2D材料的3D特征。
2019-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Edge-Grafted Molecular Junctions between Graphene Nanoplatelets: Applied Chemistry to Enhance Heat Transfer in Nanomaterials
石墨烯纳米片（GNP）的边缘功能化利用重氮化学进行，旨在合成边缘装饰的纳米颗粒，其用作制备用于增强传热的工程纳米结构材料的构建块。事实上，苯酚官能化和二苯胺桥接的GNP（分别为GnP-OH和E-GNP）都组装在纳米纸中，分别利用非共价和共价分子连接的形成。分子动力学允许估计两种不同类型的分子结的热导率，表明共价结与非共价结的电导率之间的因子为6。此外，观察到化学官能化将纳米片的自组织驱动到纳米纸中，导致GnP-OH和E-GNP的热导率提高20%，而在E-GNP的情况下，交叉平面热导率提高了150%。因此，将化学功能化应用于纳米颗粒网络中的接触电阻工程被验证为提高纳米颗粒网络的热交换效率的迷人途径，在低温热交换和回收应用中具有巨大的潜在影响
2018-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Wafer bonding solution to epitaxial graphene - silicon integration
石墨烯电子学的发展需要石墨烯器件与Si-CMOS技术的集成。大多数策略涉及将石墨烯片转移到硅上，具有清洁转移和随后的石墨烯纳米图案化的固有困难，这大大降低了纳米图案化的石墨烯的电子迁移率。相比之下，外延石墨烯（EG）生长在基本上完美的结晶（半绝缘）表面上，并且具有特殊性质的石墨烯纳米结构已经通过在定制的SiC表面上的选择性生长过程实现，其不需要石墨烯图案化。然而，这种结构化生长工艺所需的温度对于硅技术来说太高。在这里，我们展示了一种新的石墨烯到Si集成策略，具有键合和互连的紧凑双晶片结构。使用绝缘体上硅技术（SOI），将准备用于CMOS处理的薄单晶硅层施加在SiC上的外延石墨烯的顶部上。平行的Si和石墨烯平台通过金属通孔互连。这种方法受到3D超集成堆叠薄膜电子器件工业发展的启发，保留了外延石墨烯的优势，并实现了全方位的CMOS加工。
2013-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure, phase stability and chemical bonding in Th$_2$Al and Th$_2$AlH$_4$
本文采用第一性原理密度泛函方法对Th $_2$ Al和Th $_2$ AlH $_4$的电子结构、成键性质和基态性质进行了理论研究.据报道，$_2$ AlH $_4$违反了氢-氢分离的“2 π规则”。从我们的总能量以及力最小化计算，我们发现一个最短的H-H分离的1.95 <$与最近的高分辨率粉末中子衍射实验。当Th $_2$ Al基体氢化时，体积膨胀是高度各向异性的，这与具有相同晶体结构的其它材料完全相反。从态密度、晶体轨道哈密顿布居和价电荷密度分析了这些材料的成键性质。我们的计算预测了H原子沿$a$和$c$的不同性质的成键。在Th $_2$ AlH $_4$中，Th和H之间沿$c$形成哑铃形的H-Th-H亚基。由于这种强的共价相互作用，沿着$c$的H原子之间存在非常少量的电子，这使得H原子之间的排斥相互作用较小，这就是违反2 π规则的确切原因。在$ac$和$ab$平面中可以容纳H的间隙区域之间的原子间距离的巨大差异以及Th和H之间的强共价相互作用是Th $_2$ Al氢化时高度各向异性体积膨胀的主要原因。
2001-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Covalent functionalization by cycloaddition reactions of pristine, defect-free graphene
基于低温扫描隧道显微镜的研究，我们提出了一个直接可视化的环加成反应进行一些特定的氟化马来酰亚胺分子沉积在石墨烯上。这些研究表明，即使在没有预先存在的缺陷的情况下，环加成反应也可以在石墨烯的基面上进行。在将分子共价接枝到石墨烯上的过程中，碳原子的sp2共轭被打破，并产生局部sp3键。接枝分子扰动石墨烯晶格，产生驻波图案与各向异性，这是由于（1，2）环加成，如通过T-矩阵近似计算所揭示的。DFT计算表明，虽然（1，4）和（1，2）环加成都是可能的独立石墨烯，只有（1，2）环加成可以获得SiC（0001）上的石墨烯。全球平均光谱技术，XPS和ARPES，被用来确定由反应引起的样品的元素组成的修改，表明在石墨烯中的电子间隙的开放。
2016-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A theoretical analysis of the chemical bonding and electronic structure of graphene interacting with Group IA and Group VIIA elements
我们提出了一类新的材料，它可以被视为涉及IA族或VIIA族元素的石墨烯衍生物，形成我们所说的graphXene。我们发现，在几种情况下，可以发现大的带隙打开，而在其他情况下的半金属行为found. Formation能表明，在环境条件下，sp $^3$和混合sp $^2$ /sp $^3$系统将形成。提出的结果使我们能够提出，通过仔细调整吸附原子的相对浓度，应该可以调整graphXene的带隙，以取0和6.4 eV之间的任何值。
2010-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio investigation of the covalent bond energies in the metallic covalent superconductor MgB2 and in AlB2
各种原子对的结合能的MgB 2和AlB 2的共价键能的贡献进行了分析与我们最近开发的能量分配方案的密度泛函总能量的一个变体。层内B-B对的共价键能最强。与一般的看法相反，在金属原子的介导下，层之间也存在相当大的共价键合。各种原子对之间的键能进行了分析，在轨道和能量分辨的贡献。
2001-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
The importance of sigma bonding electrons for the accurate description of electron correlation in graphene
由于$π$电子的狄拉克锥色散与长程库仑相互作用的相互作用，石墨烯中的电子相关是独特的。由于费米能级的态密度为零，无规相近似预测在长距离和低能量下没有金属屏蔽，因此人们可能会认为石墨烯应该是一个屏蔽不良的系统。然而，根据经验，石墨烯是一种弱相互作用的半金属，这导致了电子相关如何在不同长度尺度下在石墨烯中发生的问题。我们解决了这个问题，通过计算等时间和动态结构因子$S(\vec q)$和$S(\vec q, ω)$的独立石墨烯使用{ \it ab-initio}固定节点扩散蒙特卡罗和随机相位近似。我们发现，$σ$电子强烈贡献$S(\vec q,ω)$的相关实验值的$ω$，即使在距离高达约80埃。这些发现说明了如何从潜在的库仑相互作用的新兴物理结果在所观察到的弱相关半金属。
2017-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Role of covalent and metallic intercalation on the electronic properties of epitaxial graphene on SiC(0001)
采用轨道分辨密度泛函理论研究了SiC表面氢和锂嵌入石墨烯的电子性质。从石墨烯/SiC异质结系统的$(6\sqrt3\times6\sqrt3)R30^{\circ}$表面重构出发，我们发现H和Li都可以在界面处插入时恢复两个非等效结部分（即石墨烯和SiC衬底）的理想结构特征。然而，对于这两种情况，化学/静电相互作用仍然不同。因此，H-插层外延石墨烯受到扰动狄拉克点的亚晶格破坏电子干扰，而Li插层由于Li电荷的不均匀离域而产生高度$n$掺杂的系统。结果带来的作用，衬底工程在SiC上外延石墨烯的讨论。
2011-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Material realization of spinless, covalent-type Dirac semimetals in three dimensions
The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（理化学研究所 新兴物质科学中心）
针对三维石墨烯类似物实现的难题，研究制备出共价键稳定的共价型三维Dirac半金属$R_8$Co$X_3$，其多晶样品Dirac费米子载流子迁移率达3000$\\,\mathrm{cm^2/Vs}$，为三维Dirac电子研究提供了高化学可调性的材料平台。
2025-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
sp$^{2}$/sp$^{3}$ bonding controlling mechanism at the $α$-Al$_{2}$O$_{3}|$graphene interface
本文报道的第一性原理计算阐明了$α$ -Al $_{2}$ O $_{3}$和石墨烯的界面性质的影响，重点是结构和电子性质。各种接触界面和不同的$α$ $_{2}$ O $_{3}$表面终端被认为是与上和稍微关闭的化学计量氧化铝。我们表明，取决于是否铝或氧与石墨烯接触，$sp^{3}$结构变形和自发自旋极化可能会发生旁边的界面接触。有趣的是，某些情况会导致石墨烯能带结构中的$p$型掺杂，这取决于石墨烯上放置的初始$α$ $_{2}$ O $_{3}$几何形状.离开饱和或不饱和的氧化铝的表面悬挂键的重要性也被强调，我们表明，它可能是一个控制机制，通过在界面处的氧原子和碳原子之间的$sp^{3}$键的影响，在石墨烯中打开一个间隙。我们讨论了利用这种敏感性的实际应用的潜力。
2022-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Universal Magnetic Properties of sp$^3$-type Defects in Covalently Functionalized Graphene
利用密度泛函方法，研究了不同共价官能化方法所产生的sp $^3$型缺陷对石墨烯电子和磁性的影响.我们发现，诱导的磁性是{ \it普遍}，在这个意义上说，他们在很大程度上是独立的特定的吸附考虑。当与该层建立弱极性单共价键时，在石墨烯中总是出现1.0 $μ_B$的局部自旋矩。这种效应类似于H吸附，H吸附使碳层中的一个$p_z$轨道饱和。吸附物之间的磁耦合显示出强烈的依赖于化学吸附的石墨烯亚晶格。吸附在相同的子晶格耦合铁磁性的分子，与交换相互作用，衰减非常缓慢的距离，而没有磁性被发现吸附在相反的子晶格。如果几个$p_z$轨道通过吸附一个大分子而同时饱和，则获得类似的磁性。这些结果可能为通过化学手段设计石墨烯衍生物的磁性开辟新的途径。
2012-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Collision of nanoparticles of covalently bound atoms. Impact of stress-dependent adhesion
从理论上和数值上研究了由共价键原子组成的纳米粒子的碰撞问题。我们使用最近的模型的碳原子的共价键合，并阐述了一个数值模型的无定形碳（a-C）纳米粒子，这可能是适用于建模烟尘颗粒。我们计算了非晶碳材料的弹性模量，与现有的数据吻合得很好。我们揭示了一个有趣的新现象-应力依赖性粘附，这是指接触表面之间的共价键的应力增强的形成。我们观察到，有效的粘附系数线性依赖于表面之间的最大应力，并解释这种依赖性。我们计算碰撞NP的正常恢复系数，并探讨临界速度的依赖性，划分反弹和聚集碰撞，NP半径。使用所获得的弹性和应力依赖的粘附系数，我们开发了一个理论的临界速度。理论预测与模拟结果吻合得很好。
2021-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Strain shielding from mechanically-activated covalent bond formation in nanoindentation
理想晶体的机械失效由弹性不稳定性或软模不稳定性决定。我们表明，石墨烯的纳米压痕实验\cite{lee2008measurement, lee2013high}的基础上，理想的强度测量，但是，表明一个异常：推断的应变下的金刚石压头在故障负载是非常大的断裂应变预测的软模式分析或声学分析。在这里，我们提出了一个系统的调查-基于多尺度建模相结合的连续，原子和量子计算的结果;和实验分析-确定负责断裂应变之间的异常差异的操作机制。我们认为，由于机械活化的共价键形成在石墨烯压头接口的应变屏蔽效应是负责这种异常。使用有限元分析（FEA）和MD模拟的纳米压痕实验，我们明确地表明，在石墨烯压头界面的键合相互作用基本上分散（屏蔽）压头下的应变，防止应变的加剧。我们的计算表明，应变屏蔽的程度取决于在压头表面的氢覆盖率，并在最佳的氢覆盖率，应变屏蔽效应可以延迟实验观察到的压痕载荷和深度的断裂的发生。
2014-09-22 cond-mat.mtrl-sci
The origin of Raman D Band: Bonding and Antibonding Orbitals in Graphene
在石墨和石墨烯的拉曼光谱中，在$\sim 1355$ cm $^{-1}$处的$D$带被用作样品脏度的指示。然而，我们的分析表明，$D$带背后的物理学与描述分子的一个非常明确的想法密切相关，即石墨烯中的成键和反键轨道。在本文中，我们回顾了我们最近的工作机制激活的$D$带在石墨烯边缘。
2013-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
