Two-dimensional Graphene Superlattice Made with Partial Hydrogenation
采用密度泛函紧束缚方法（DFTB）研究了部分氢化法制备的二维石墨烯超晶格的电子性质.石墨烯表面氢原子的二维形貌对石墨烯超晶格的电子结构有很大的影响。特别是，2-D图案的边缘，扶手椅或锯齿形，是必不可少的能量带隙开放，和能量带隙敏感地依赖于图案的形状，大小和2-D周期性。基于这些发现，我们认为二维石墨烯超晶格可以用于在石墨烯上制备量子点和二维异质结，而不需要切割或蚀刻。
2011-05-19 cond-mat.mes-hall
Electronic and magnetic properties of superlattices of graphene/graphane nanoribbons with different edge hydrogenation
利用自旋极化从头计算研究了石墨烯上的锯齿形石墨烯纳米带。我们发现，石墨烯/石墨烷超晶格的电子和磁性强烈地依赖于两种材料之间的界面处的氢化程度。当两个锯齿形界面都完全氢化时，超晶格表现得像独立的锯齿形石墨烯纳米颗粒，并且磁性基态是反铁磁的。当其中一个界面被半氢化时，磁性基态变为铁磁性，并且该系统非常接近于具有可能的自旋电子学应用的半金属，而具有两个界面半氢化的超晶格的磁性基态再次是反铁磁性的。在最后一种情况下，石墨烯纳米颗粒的两个边缘也有助于系统的总磁化强度。所有的自旋极化的基态是半导体的，独立的界面的氢化程度。从头算结果的补充，一个简单的紧结合分析，捕捉主要的定性特征。我们的从头算结果表明，石墨烯的图案化氢化是一种很有前途的方法，以获得稳定的石墨烯纳米带与有趣的技术应用。
2010-10-18 cond-mat.mes-hall
Geometry, stability and thermal transport of hydrogenated graphene nanoquilts
利用分子动力学模拟研究了氢化折叠的石墨烯纳米绗缝的几何形状、稳定性和热输运。氢化的石墨烯纳米绗缝显示出增加的热力学稳定性和比没有氢化的折叠石墨烯结构更好的传输性能。对于双层石墨烯纳米被子，几何形状和热导率都对吸附的氢链非常敏感，这可以通过PDOS的红移来解释。对于多折叠纳米绗缝，通过改变周期数或长度，它们的热导率可以从原始石墨烯的100%调整到15%。我们的研究结果表明，氢化石墨烯纳米绗缝是非常适合的热管理设备。
2016-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogenation Dynamics of Biphenylene Carbon (Graphenylene) Membranes
石墨烯的出现引发了材料科学的一场革命。正因为如此，人们对其他碳基结构重新产生了兴趣。石墨烯是最终的（只有一个原子厚）膜。有人提出，石墨烯可以作为标准气体（如氩气和氦气）的不可渗透膜。石墨烯类多孔膜，但呈现较大的孔隙率和潜在的选择性，将有许多技术应用。联亚苯基碳（BPC），有时称为亚石墨烯，是这些结构之一。BPC是一种多孔的二维（平面）同素异形体碳，其孔隙类似于典型的筛腔和/或某种沸石。在这项工作中，我们研究了在不同条件下（氢化等离子体密度，温度等）的BPC膜的氢化动力学。我们已经进行了广泛的研究，通过完全原子分子动力学（MD）模拟使用的反应力场ReaxFF，在著名的大规模原子/分子大规模并行模拟器（LAMMPS）代码中实现。我们的研究结果表明，BPC氢化过程表现出非常复杂的模式，在石墨烯氢化的情况下观察到的相关域（氢化岛）的形成也在这里观察到。MD结果还表明，在加氢条件下，BPC结构发生了拓扑结构的变化，发生结构转变的孔和大量加氢会产生明显的结构损伤，形成大的缺陷区和大的结构孔，导致结构坍塌。
2017-01-23 cond-mat.mes-hall
Single-sided-hydrogenated graphene: Density functional theorypredictions
氢化已被证明是打开石墨烯带隙的有效工具。在目前的密度泛函研究中，我们证明了单面氢化石墨烯是一种间接带隙为1.89 eV的半导体，介于无带隙石墨烯和宽带隙石墨烷之间。我们表明，它的电子结构和晶格特性是从那些石墨烯，graphone，或graphane有很大的不同。晶格常数和C-C键长比石墨烯长15%。我们的结合能分析证实，这种单侧氢化导致化学稳定的材料。
2011-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
1D finite-width graphene nanoribbon systems: alkalization and hydrogenation
石墨烯是第一种真正的二维（2D）材料，具有接近费米能的锥形能谱，并被视为无带隙半导体。其独特的性质引发研究人员发现它的更多应用，如室温下的高载流子迁移率，优异的热导率，高模量和拉伸强度，高透明度和反常量子霍尔效应。然而，无间隙的特性限制了石墨烯纳米电子学的发展。制备一维（1D）石墨烯条（即，石墨烯纳米带（GNR））可能是调节石墨烯的电子和光学性质的最有前途的方法之一。电子和光学性质已经被理论预测和实验验证高度敏感的边缘和宽度。可调谐的电子和光学性质进一步暗示了GNR应用的可能性。最近，悬挂键问题正在考虑在GNR系统。带边缘处的各种钝化可能改变物理性质。研究了碱化、氢化等钝化工艺条件。
2022-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mechanism of the electrochemical hydrogenation of graphene
The University of Manchester（曼彻斯特大学）；National Graphene Institute, The University of Manchester（曼彻斯特大学国家石墨烯研究所）；University of Bath（巴斯大学）；Khalifa University of Science and Technology（哈利法科学技术大学）；Universidade Federal do Ceará（塞阿拉联邦大学）；Universiteit Antwerpen（安特卫普大学）；University of Antwerp（安特卫普大学）；Nanjing University of Information Science and Technology（南京信息工程大学）
研究揭示石墨电化学氢化机制，通过质子吸附与H₂分子形成竞争，展示其高效率和可逆性，为控制二维材料电子性质提供新途径。
2025-10-23 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Graphone (one-side hydrogenated graphene) formation on different substrates
在这项工作中，我们提出了一个完全原子反应（ReaxFF力场）分子动力学研究的结构和动力学方面的一侧氢化的石墨烯膜，导致形成所谓的graphone结构。我们已经考虑了不同的衬底：石墨烯，少层石墨烯，石墨和铂在不同的温度下。结果表明，氢化速率与底物和热效应密切相关。我们的研究结果还表明，类似于石墨烷，大的氢化域是不可能形成的。这些氢化过程通过形成不相关的簇域而发生。
2016-06-29 cond-mat.mes-hall
Few simple rules governing hydrogenation of graphene dots
我们使用密度泛函理论和相关波函数技术研究了氢原子与小的多环芳烃（PAH）（即具有氢终止边缘的石墨烯点）的结合。我们考虑了一些多环芳烃的3至7个六角环和计算的结合能的对称性唯一的网站，随着最低能量路径的显着情况。所选择的多环芳烃是足够小，不存在自由基字符在其边缘，但表现出明显的偏好吸附在边缘网站，这可以归因于电子效应。我们展示了如何得到的结果，在不同层次的理论，可以合理化的帮助下，从一个紧束缚模型的$π$电子的几个简单的概念详细。
2011-07-21 cond-mat.mes-hall
Layer-selective hydrogenation and proton transport in twisted bilayer graphene
The University of Manchester（曼彻斯特大学）；National Graphene Institute, The University of Manchester（国家石墨烯研究所，曼彻斯特大学）；Khalifa University（哈利法大学）；Universidade Federal do Ceará（塞阿拉联邦大学）；Nanjing University of Information Science and Technology（南京信息工程大学）；Universiteit Antwerpen（安特卫普大学）
研究通过氢化在固定电荷密度下实现双层石墨烯层选择性导体-绝缘体转变，利用质子传输实现多逻辑门配置，揭示了大扭角解耦电子系统的作用。
2026-03-31 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Possible gapless helical edge states in hydrogenated graphene
本文通过第一性原理与紧束缚模型研究氢化石墨烯，发现改变氢化图案可实现约1 eV带隙及受对称性保护的拓扑螺旋边缘态，为赝自旋器件应用提供新途径。
2023-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced DNA sequencing performance through edge-hydrogenation of graphene electrodes
我们建议使用石墨烯电极与氢化的边缘固态纳米孔为基础的DNA测序，并进行分子动力学模拟结合电子输运计算，以探索这种想法的潜在优点。我们的研究结果表明，与未氢化的系统相比，边缘氢化的石墨烯电极有利于在易位的DNA分子中暂时形成具有合适原子位点的氢键。因此，平均电导率大幅提高约3个数量级，同时表现出显著降低的统计方差。我们还研究了当相对电极之间的距离变化时这些结果如何受到影响，并且已经确定了两种机制：对于窄的电极间隔，由于纳米孔中突出的氢原子的存在而引起的仅仅阻碍被认为更重要，而对于较宽的电极间隔，H-键的形成成为主导效应。基于这些发现，我们得出结论，石墨烯电极边缘的氢化代表了一种有前途的方法，可以降低DNA通过纳米孔的移位速度，并大大提高全基因组测序测量过程的准确性。
2010-11-30 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph
Control of proton transport and hydrogenation in double-gated graphene
本研究通过独立调控双栅石墨烯的电场与载流子浓度，实现质子输运与晶格氢化的解耦，加速质子输运并制备出高开关比的质子基石墨烯器件，为二维电极-电解质界面研究提供新方法。
2024-04-25 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Measurement of Topological Berry Phase in Highly Disordered Graphene
我们在磁场高达65 T的条件下观察到了高度无序石墨烯的量子霍尔效应（QHE）和Shubnikov-de Haas（SdH）振荡。通过氢化石墨烯直至H/C $\approx 0.1\%$比率引入无序。SdH振荡和QHE的分析表明，Berry相的拓扑部分，与伪自旋缠绕数成比例，对大规模石墨烯中氢化引入的无序是稳健的。
2015-10-13 cond-mat.mes-hall
Reversible mechanical and electrical properties of ripped graphene
我们研究了柔性弹性体衬底上拉伸的石墨烯器件的机械性能。使用原子力显微镜，运输测量和力学模拟，我们表明，在拉伸应变的初始应用过程中，在石墨烯中形成微裂缝;然而，随后应用相同的拉伸应变弹性地打开和关闭现有的裂缝。相应地，虽然初始拉伸应变降低了器件的传输特性，但随后的应变松弛循环仅适度地影响传输，并且以很大程度上可逆的方式，即使在部分机械故障之后也产生稳健的电传输。
2014-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible Fluorination of Graphene: towards a Two-Dimensional Wide Bandgap Semiconductor
我们报告了石墨烯氟化物的合成和证据，石墨烯是一种二维宽带隙半导体。氟化石墨烯表现出六方晶序和强绝缘行为，在室温下电阻超过10 G $Ω$。氟化石墨烯中的电子输运通过由于带隙中的局域态的存在而在二维中的可变范围跳跃来很好地描述。通过还原氟化石墨烯获得的石墨烯是高度导电的，在室温下表现出小于100 k $Ω$的电阻率。我们的方法提供了一种新的途径，可逆工程的能带结构和导电性的石墨烯的电子和光学应用。
2010-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Absence of a giant spin Hall effect in plasma-hydrogenated graphene
石墨烯中的弱自旋-轨道相互作用被预测为增加，例如，通过加氢。这将导致相当大的自旋霍尔效应（SHE）。我们采用两种不同的方法研究了弱氢化石墨烯的自旋霍尔效应。对于氢化，我们将石墨烯暴露于氢等离子体，并使用拉曼光谱来表征这种方法。然后，我们研究了氢化石墨烯的SHE在H-棒的方法，并通过直接测量的逆SHE。虽然可以观察到一个大的非局部电阻的H-酒吧结构，与其他方法的结果比较表明，这种非局部电阻是由一个非自旋相关的起源。
2018-09-27 cond-mat.mes-hall
Hydrogenation-induced ferromagnetism on graphite surfaces
我们用范德华密度泛函理论和模型哈密顿量计算了氢化石墨表面的电子结构和磁性。我们发现，如先前所报道的，石墨烯上的氢原子之间的相互作用有利于吸附在不同的亚晶格上，以及诱导的磁矩的反铁磁耦合。相反，当氢化发生在石墨烯多层或石墨表面（伯纳尔堆积）时，氢原子之间的相互作用与两个亚晶格的不同吸附能竞争。这种竞争可能导致所有的氢原子吸附在相同的亚晶格上，从而在低浓度下处于铁磁状态。基于DFT计算得到的交换耦合，我们还通过将该系统映射到具有随机自旋的类伊辛模型上来评估居里温度。值得注意的是，这些系统中磁耦合的长程性质使得居里温度依赖于尺寸，并且对于典型的浓度和尺寸大于室温。
2014-05-13 cond-mat.mes-hall
Atomically perfect torn graphene edges and their reversible reconstruction
石墨烯边缘的原子结构在确定截短的石墨烯结构（特别是纳米带）的电、磁和化学性质方面是关键的。不幸的是，石墨烯边缘通常远非理想，并且遭受原子级缺陷、结构扭曲和非预期的化学官能化，导致不可预测的性质。在这里，我们报告说，在高真空中通过电子束引发的机械破裂或撕裂制造的石墨烯边缘是干净的，在很大程度上是原子上完美的，在扶手椅或Z字形方向取向。通过像差校正的透射电子显微镜，我们证明了可逆的和扩展的五边形-七边形（5-7）在锯齿形边缘重建，并从实验和理论上探索配置状态之间的转换的动力学。在5-7和6-6锯齿边缘态之间的翻转率的理论和实验结果吻合较好。我们的研究表明，简单的撕裂是非常有效的生产原子清洁，理想的终端，从而提供了一个有价值的工具，实现原子定制的石墨烯和促进有意义的实验研究。
2013-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary-induced variability of charge transport in hydrogenated polycrystalline graphene
本文通过数值模拟研究氢化多晶石墨烯，发现氢吸附物局限于晶界时电荷输运几乎不受影响，而均匀分布会降低迁移率，揭示选择性氢功能化可调控电输运。
2018-04-24 cond-mat.mes-hall
Graphene as a reversible spin manipulator of molecular magnets
分子纳米自旋电子学的主要目标之一是通过适当的外部手段来操纵具有d电子中心的有机分子的自旋态。在这封信中，我们证明了第一性原理密度泛函计算，以及二阶微扰理论，应变诱导的自旋态的变化，从S=1 $\to$ S=2，发生在铁卟啉（FeP）分子沉积在石墨烯晶格中的双空位位置。该过程在某种意义上是可逆的，即在石墨烯晶格中施加拉伸或压缩应变可以使FeP稳定在不同的自旋状态，每个自旋状态具有独特的饱和力矩和易轴取向。这种效应是由FeP中Fe-N键长的变化引起的，这影响了分子能级图以及石墨烯层的C原子与FeP的分子轨道之间的相互作用。
2012-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible magnetism switching in graphene-based systems via the decoration of photochromic molecules
通过第一性原理计算，我们证明了当用光致变色分子修饰时，可以利用光可逆地控制纳米磁性系统的磁性。选择石墨烯基磁性系统和光致变色偶氮苯分子的组合作为模型系统。发现偶氮苯分子的{ \it transs}和{ \it cis}异构体可以通过光激发在彼此之间转换，对系统的磁性具有显著不同的影响。研究结果为今后设计光可控的分子尺度自旋电子器件奠定了基础。
2013-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogenation Dynamics of Twisted Carbon Nanotubes
碳纳米管是纳米技术中最重要的材料之一。在它们的一些技术应用中（例如，用于人造肌肉的机电振荡器和机械致动器），有必要使它们经受大的变形。虽然这种情况经常发生在空气中，但关于变形碳纳米管与大气相互作用的研究很少，这些过程的动力学尚未得到解决。在这项工作中，我们已经调查，通过完全原子反应分子动力学模拟，氢化高度扭曲的碳纳米管的过程。我们的研究结果表明，加氢有效比是直接相关的管扭曲角值，并可以导致扭曲管断裂具有明确的模式（unzip-like）。我们的研究结果还表明，这些断裂过程可以利用可控地生产石墨烯纳米带。
2015-10-01 cond-mat.mes-hall
Hydrogenated graphene on the silicon dioxide surface
研究了石墨烯在α-石英（0001）SiO_2衬底上的氢化反应，考虑到材料的非晶性质，考虑了不同的表面终端。我们的从头计算表明，氢吸附在石墨烯上形成的石墨烯是积极的羟基和氧终止表面上的青睐，而硅终止和重建的氧终止阻碍吸附。研究结果表明，在SiO_2表面制备石墨烷，表面氧化和氢饱和是有利的。对于衬底上的原始石墨烯，我们发现所有表面终端的低能能带结构仅发生微小变化。
2011-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular theory of graphene chemical modification
本章致力于石墨烯的化学独特性。从分子理论的观点来看，后者是碳原子的苯型堆积的结果，基于每个碳原子的三个邻居留下原子的第四个价电子（奇数个）。由于相当大的C-C距离，石墨烯分子的奇电子相关，因此分子被自由基化，并且石墨烯的分子化学是悬挂键的化学。本章介绍了石墨烯分子氢化和氧化的分子理论悬键观点。石墨烯分子化学与尺寸相关的拓扑化学特征的具体特点进行了讨论，以及
2014-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-asymmetric graphene nanoribbons in graphane on silicon dioxide
采用从头计算方法研究了氧化硅衬底上氢化石墨烯（graphane）的结构。发现仅在石墨烯层的一侧上具有氢化的结构是稳定的，并且给出了其氢构型。此外，我们通过从外延石墨烷层选择性地去除氢来形成锯齿形石墨烯纳米带。在这些带中，独立的反铁磁锯齿形带的自旋简并被打破，不同大小的带隙出现相反的自旋物种。这种简并断裂是由于带下方的衬底中的电荷不平衡，其通过衬底原子相对于石墨烯带的边缘的不对称对准而引入。
2011-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of spin relaxation time in hydrogenated graphene spin valve devices
石墨烯中的氢吸附物很有趣，因为它们不仅是强库仑散射体，而且还诱导碳网络的轨道杂化从sp^2变为sp^3。这种变化增加了自旋-轨道耦合，预计将在很大程度上改变自旋弛豫。在这项工作中，我们报告的变化，由于等离子体氢化的石墨烯的自旋输运性质。我们观察到一个高达三倍的增加后，适度的氢暴露的自旋弛豫时间τ_S。τ_S的增加伴随着电荷和自旋扩散系数的减小，导致自旋弛豫长度λ_S的微小变化。在高载流子密度下，我们获得了7微米的λ_S，这允许在11微米的距离上进行自旋检测。氢化后的τ_S值高达2.7纳秒，在室温下测量。
2012-09-11 cond-mat.mes-hall
Enhanced architectures for room-temperature reversible logic gates in graphene
我们表明，可逆的两个和三个输入的逻辑门，其中我们提到的通用Toffoli门，可以实现与三个倾斜的门控电极图案上的单层石墨烯片。这些低耗散栅极是基于石墨烯中弹道载流子的独特性质，其在传输中诱导带隙的出现以获得适当的势垒。本文提出的增强型结构的可逆逻辑门实现提供了显着的设计简化相比，基于场效应晶体管电路和潜在的高频操作的标准方法。
2014-07-09 cond-mat.mes-hall
Hydrogen dissociation catalyzed by carbon coated nickel nanoparticles: experiment and theory
基于实验测量和第一性原理计算的结合，我们报道了一种新型的碳基催化材料，并描述了在多层石墨烯包裹的镍纳米颗粒存在下，在室温下显著加速镁的氢化。与石墨和镍纳米颗粒的混合物相比，镁氢化速率的增加证明了所探索的纳米复合材料的固有催化性能。模拟结果表明，金属衬底的掺杂和Stone-Wales缺陷的存在使多层石墨烯从化学惰性模式转变为化学活性模式。讨论了纳米粒子的尺寸和温度对纳米粒子的影响。
2012-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Reversible control of interface-water induced carrier density in graphene-on-SiO$_2$ by thermal cycling under gate-voltage
除了栅极电场之外，石墨烯载流子密度的可逆处理对于石墨烯的存储器应用是期望的。我们的实验表明，在SiO $_2$上的石墨烯中由于界面水/氧而通常观察到的载流子密度滞后在低于250 K的温度下消失。这些物质的状态，这会影响石墨烯载流子密度，在低温下可以通过在不同的栅极电压下热循环到室温来可逆地控制。此外，用相对干燥的界面制备的器件，因此在室温下显示出可忽略的滞后，在高于室温的加热下显示出滞后的显著增加。因此，在高温和栅电压下的热循环提供了对载流子密度的可逆处理。这些结果进行了讨论的氧化还原反应动力学的温度和界面水密度的依赖性。
2017-06-15 cond-mat.mes-hall
Optical Properties of Graphene-like Two Dimensional Silicene
我们用基于密度泛函理论的计算方法研究了二维硅烯的光学性质。光学响应特性的计算结果表明，它们强烈地依赖于光的偏振方向，因此，平行和垂直于硅平面偏振的光的光学吸收谱是不同的。硅烯的光学吸收光谱具有两个主峰：（i）由于从pi到pi* 态的转变而在1.74eV处的尖锐峰和（ii）由于σ态到导带的激发而在4-10 eV范围内的宽峰。我们还研究了横向静电电场和氢原子掺杂（氢化）等外界因素对硅烯光学性质的影响。首先，在电场的作用下，观察到硅烯的费米能级的带隙可以通过反转对称性的破坏而打开。我们看到由于带隙开放而引起的光学吸收的明显变化。其次，硅烯中的氢化强烈地改变了杂化，我们的几何分析表明，硅烯中的杂化从sp^2 + sp^3的混合物变为纯sp^3。因此，系统中不存在π电子。氢化使硅烯的电子结构和吸收光谱发生变化，并使硅烯发生了从半金属到半导体的转变。
2012-05-23 cond-mat.mes-hall
A Systematic Study of Electronic Structure from Graphene to Graphane
虽然石墨烯是一种半金属，但最近合成的氢化石墨烯称为graphane，是一种绝缘体。我们在密度泛函理论的框架下研究了石墨烯氢化生成石墨烷的过程。通过对18种不同氢浓度下的电子结构的分析，我们发现了这种跃迁的一些新的特征。我们的研究结果表明，氢化有利于聚集的配置，导致形成紧凑的岛屿。电荷密度和电子局域化函数（ELF）的分析表明，随着氢覆盖率的增加，半金属转变为具有离域电荷密度的金属，然后转变为绝缘体。金属相在空间上是不均匀的，它包含由氢化碳原子形成的绝缘区域的岛和由相邻的裸碳原子形成的金属通道。事实证明，有可能对石墨烯片进行图案化以调整电子结构。例如，沿晶胞的对角线去除氢原子，在边缘产生扶手椅图案，产生1.4 eV的带隙。我们还表明，一个弱铁磁态存在，即使对于一个大的氢覆盖每当有一个子晶格的不平衡存在的奇数个氢原子。
2010-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Hydrogen Atoms on Zigzag Graphene Nanoribbons: Chemistry and Magnetism Meet at the Edge
尽管石墨烯之字形边缘的非常规$π$磁性具有广泛的应用前景，但它是否以及在多大程度上在其化学中发挥作用仍然知之甚少。在这里，我们研究了添加氢原子$-$最简单的实验相关的吸附物$-$的锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs）。我们发现，$π$ -磁性管辖的ZGNRs的化学，引起一个网站依赖的碳原子的反应性和驱动氢化过程的纳米边缘。相反，化学吸附的氢原子控制ZGNR的$π$磁性，在反铁磁基态中充当自旋- $\frac{1}{2}$顺磁中心，并在能带极值处使载流子自旋极化。我们的研究结果建立了一个全面的图片之间的特殊相互作用的化学和磁性出现在锯齿形边缘的石墨烯。
2022-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Uncovering the Dominant Scatterer in Graphene Sheets on SiO2
我们测量了原子氢吸附对石墨烯片的电子输运性质的影响，作为氢覆盖率和初始氢化前场效应迁移率的函数。我们的结果是兼容的氢吸附诱导谷间混合施加短程散射势。发现不同器件的饱和覆盖率与其初始迁移率成正比，表明本机散射体的数量与氢的饱和覆盖率成正比。通过外推这个比例，我们表明，场效应迁移率可以达到$1.5 \times 10^4$ cm $^2$ /V秒的氢吸附网站的情况下。这种对氢的亲和力是SiO $_2$上基于石墨烯的场效应晶体管中最主要类型的天然散射体的特征。
2010-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structure and energetics of hydrogen chemisorbed on a single graphene layer to produce graphane
采用第二代反应性经验键级Brenner原子间相互作用势，对氢在石墨烯上的化学吸附进行了原子模拟研究。确定了最低能量吸附位和最重要的亚稳位。H浓度从单个H原子变化到H原子簇直至完全覆盖。我们发现，当存在两个或更多个H原子时，H在单个石墨烯层上化学吸附的最稳定构型是吸附在石墨烯片的一侧或两侧上的邻位氢对。后者具有最高的氢结合能。下一个稳定的构型是邻-对位对组合，然后是对位氢对。讨论了石墨烯化学吸附氢引起的结构变化，并与现有的实验数据和其他理论计算进行了比较。所得结果将有助于氢化石墨烯的纳米工程和储氢。
2011-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamical Formation of Graphene and Graphane Nanoscrolls
University of Brasília（巴西利亚大学）；University of Campinas（坎皮纳斯大学）；Federal Institute of Education, Science and Technology of Piauí（皮奥伊联邦教育、科学和技术学院）
本研究通过分子动力学模拟探究氢化与温度对碳纳米带自卷曲形成碳纳米卷的影响，对比三种含石墨烯、石墨烷与碳纳米管的构型，明确了不同构型下纳米卷形成的温度范围差异。
2021-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Percolation Transition from Graphene to Graphane: Graph Theoretical Approach
石墨烯是通过石墨烯完全氢化而获得的。存在一种中间材料，部分氢化的石墨烯（我们称之为\textit{hydrographene}），从纯石墨烯过渡到纯石墨烷。它具有各种有趣的电子和磁性。我们研究了金属-绝缘体的转变，采用量子位渗流模型与图论方法。氢石墨烯是一个例外的情况，其中电子性质不能仅仅由费米能的态密度确定。虽然在较宽的氢化密度范围内存在大量的零能态，但绝大多数是绝缘态。我们还表明，它显示了基于Lieb理论的体铁磁性质。
2011-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Reversible Switching of the Environment-Protected Quantum Spin Hall Insulator Bismuthene at the Graphene/SiC Interface
Chemnitz University of Technology（开姆尼茨工业大学）；Center for Materials, Architectures and Integration of Nanomembranes (MAIN)（纳米膜材料、架构与集成中心）；Peter Grünberg Institut (PGI-3), Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心彼得·格林贝格研究所）；Jülich Aachen Research Alliance (JARA), Fundamentals of Future Information Technology（于利希-亚琛研究联盟未来信息技术基础）；Diamond Light Source Ltd.（钻石光源有限公司）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
本研究发现SiC上石墨烯缓冲层插层形成的单层铋可通过氢化/脱氢实现惰性前驱态与具备QSHI特性的铋烯态可逆切换，该铋烯受上下层天然保护，为受保护QSHI研发提供重要进展。
2025-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible optical doping of graphene
石墨烯单层提供的最终表面暴露使其成为理想的传感器平台，但也使其固有特性暴露于任何环境扰动。在这项工作中，我们证明了剥离的SiO $_2$ /Si衬底上的石墨烯的电荷载流子密度可以精细和可逆地调整之间的电子和空穴掺杂与可见光子。这种光致掺杂发生在中等激光功率条件下，但受到基板清洁方法的显著影响。特别地，发现需要亲水性基底并且在悬浮的石墨烯中消失。这些发现表明，可以设想以亚秒时间尺度操作的光学门控石墨烯设备，但拉曼光谱并不总是像通常假设的那样是非侵入性的。
2013-04-16 cond-mat.mes-hall
Reversible hydrogen storage by controlled buckling of graphene layers
我们提出了一种基于石墨烯的多层器件，其中通过利用和控制层的厚度来获得原子氢的存储和释放。该提议是基于氢在石墨烯上的化学吸附的密度泛函模拟与叠加的双折射。我们报告的可调谐性的结合能超过2 eV的改变片材的面外变形高达\pm 0.2，凸区域分配的积极有利的氢结合位点。我们讨论了一个优化的曲率反演过程，可以导致有效和快速的氢释放和H2的形成。我们的波纹状石墨烯装置可以潜在地达到~ 8wt%的重量容量，并且通过施加外部场可逆地存储和释放原子氢，而不需要改变温度和压力。
2011-01-06 cond-mat.mes-hall
Optical properties of hydrogenated graphene superlattices
University of Rome Tor Vergata（罗马托尔维加塔大学）；Belarusian State University（白俄罗斯国立大学）
通过第一性原理计算，研究选择性氢化形成的石墨烯超晶格中准金属与介电区域交替结构，发现其可产生远红外乃至太赫兹频段的强且孤立的激子吸收峰。
2026-09-24 cond-mat.mes-hall
Opening and reversible control of a wide energy gap in uniform monolayer graphene
对于用于半导体应用的石墨烯，必须在狄拉克能量下打开至少0.5eV的宽能隙而不引入原子缺陷。然而，这种宽的能隙还没有在石墨烯中实现，除了在具有不可避免的边缘缺陷的窄的、化学终止的石墨烯纳米结构的情况下。在这里，我们证明了0.74 eV的宽能隙，其大于锗的能隙，可以在均匀的单层石墨烯中打开，而不向石墨烯中引入原子缺陷。通过自组装扭曲钠纳米带的吸附，打开了较宽的能隙。此外，能隙通过钠和氧的交替吸附是可逆可控的。以最小的迁移率退化打开这样宽的能隙可以提高石墨烯在半导体器件中的适用性，这将导致石墨烯技术的重大进步。
2014-06-12 cond-mat.mes-hall
Reversible Sulfuric Acid Doping of Graphene Probed by in-situ Multi-Wavelength Raman Spectroscopy
由于晶格应变和电荷密度影响石墨烯的各种材料性质，因此需要可靠且有效的方法来量化这两个变量。虽然拉曼光谱是敏感和非破坏性的，其有效性对化学电荷掺杂的精确定量尚未得到测试。在这项工作中，我们在原位定量的分数频率变化的2D和G峰的电荷密度引起的硫酸溶液以及原生晶格应变的响应。基于实验数据和理论验证，我们提出了一种光学方法，同时确定应变和化学诱导电荷密度的三个流行的激发波长为457，514和633 nm。为了加快掺杂剂物质通过石墨烯-SiO2衬底的嵌入，通过热氧化在石墨烯中精确地产生密集的纳米孔阵列。纳米穿孔石墨烯膜系统对于掺杂和去掺杂过程的多个循环是稳健的，并且将在研究与石墨烯的各种类型的化学相互作用中是有用的。
2020-08-07 cond-mat.mes-hall
Covalent functionalization of strained graphene
石墨烯的化学活性的增强通过氢、氟、氧和羟基在应变石墨烯上的化学吸附的第一原理建模来证明。对于负应变或压缩的情况，单个氢、氟或羟基的化学吸附在能量上比它们对在不同亚晶格上的化学吸附更有利。这种行为稳定了由化学吸附引起的磁性，防止其被成对形成所破坏。最初平坦的压缩石墨烯在化学吸附单个吸附原子后立即自发弯曲。与氢化或氢化不同，氧化过程对于所有类型的应变都从吸热转变为放热，并且取决于施加应变的方向。这样的性质将在利用功能化以及机械应变设计石墨烯装置中是有用的。
2012-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Boron and nitrogen doping in graphene antidot lattices
石墨烯反点晶格（GAL）的自下而上的制造先前已经产生了具有亚纳米周期性的原子级精确结构。专注于这种类型的实验实现的GAL，我们进行密度泛函理论计算的原始结构，以及GALs与边缘碳原子取代硼或氮。我们发现，p-和n-型掺杂水平出现的活化能，取决于在杂质的氢化水平。此外，紧束缚参数化与格林函数方法一起被用来描述更稀的掺杂。
2016-07-27 cond-mat.mes-hall
Engineering deterministic, tunable, and reversible folds in graphene with the use of ultrafast laser micro-patterned stretchable polymer substrate
本研究利用超快激光在可拉伸聚合物基底上制造微腔，实现石墨烯单层折叠的确定性、可调谐且可逆控制，为应变敏感器件开发奠定基础。
2025-06-23 cond-mat.mes-hall
Direction-Controlled Chemical Doping for Reversible G-Phonon Mixing in ABC Trilayer Graphene
不仅表观的原子排列，而且电荷分布也定义了晶体的对称性，决定了电子和振动结构。在这项工作中，我们报告可逆和方向控制的化学掺杂，修改AB-双层和ABC三层石墨烯的反转对称性。对于自上而下和自下而上的空穴注入石墨烯片，我们分别采用了电负性I2的分子吸附和退火诱导的界面空穴掺杂。反转对称性的化学破坏导致G声子、拉曼活性Eg和拉曼非活性Eu模的混合，表现为两个分裂的G峰，G-和G+。通过简单的冲洗或界面分子置换去除空穴掺杂，可以恢复破坏的反转对称性。或者，对称性可以通过双侧电荷注入恢复，这消除了G-并形成了一个额外的峰，Go，起源于几乎没有掺杂的内层。在目前的研究中所证明的晶体对称性的化学修饰可以应用于其他低维晶体，以调整其各种材料性质。
2020-08-07 cond-mat.mes-hall
Directed Growth of Hydrogen Lines on Graphene: High Throughput Simulations Powered by Evolutionary Algorithm
我们建立了一个进化算法结合密度泛函紧束缚（DFTB）计算研究氢吸附在平面石墨烯和石墨烯单层弯曲衬底台阶。在进化过程中，通过将额外的氢原子吸附到前一代的稳定构型上来产生新一代的候选物，其中还结合了突变机制。然后，采用两阶段的选择程序。被选中的候选人将作为下一代的父母。在弯曲的石墨烯中，演化遵循类似的路径，除了一种新的机制，即在最小曲率线上排列氢原子。该机制是由于石墨烯沿着最小曲率半径线（MRCL）的化学反应性增加以及sp $^3$键角与氢化石墨烯在衬底边缘处的扭结几何形状相称。结果，沿着MRCL的反应势垒显著降低，并且氢化像机械链式反应一样继续。这种生长机制使得氢原子的线能够沿着MRCL，这具有克服衬底或波纹效应的潜力，并且可以在不实际切割材料的情况下限定边缘或纳米带。
2018-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time-dependent density-functional study of hydrogen adsorption and scattering on graphene surfaces
该研究利用含时密度泛函理论模拟揭示氢原子入射点与初始动能如何影响石墨烯上的吸附、散射和透射行为。
2024-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Graphane as polyhydride of graphene. Computational synthesis applied to two-side membrane
最近，作者在研究碳纳米管和石墨烯之间的特殊复合材料的形成以及考虑在机械化学反应的适当过程中石墨烯片的拉伸变形和断裂时，证明了分子量子化学应用于基本石墨烯问题的巨大功效。在研究中获得的乐观的结果使得有可能将注意力从固态问题转移，并将石墨烷的形成视为原始分子的多步氢化。为了继续进行，我们必须回答以下问题：1）哪种氢吸附，即分子或原子，是最可能的; 2）什么是氢原子附着到衬底上的特征图像; 3）哪个碳原子（或原子）是经受氢连接的第一目标以及如何选择碳原子用于吸附的下一步骤; 4）环己烷的连续吸附模式与环己烷构象之间是否存在联系。在这种方式获得的第一个结果在当前的文件。计算是在非限制性对称破缺Hartree-Fock方法的框架内采用半经验AM 1方法进行的。
2011-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-Tunable Reversible Rashba-Edelstein Effect in a Few-Layer Graphene/2H-TaS2 Heterostructure at Room Temperature
我们报道了室温下在几层石墨烯/2 H-TaS 2异质结构中观察到的电流诱导自旋极化，即Rashba-Edelstein效应（REE），及其Onsager互易现象，即自旋电流效应（SGE）.自旋敏感的电测量揭示了完整的自旋极化反转所施加的栅极电压。所观察到的栅极可调电荷-自旋转换由2 H-TaS 2和石墨烯之间的理想功函数失配来解释，这允许强界面诱导的Bychkov-Rashba相互作用，自旋隙达到70 meV，同时保持光谱的狄拉克性质在电子和空穴扇区之间完好无损。非平衡自旋极化矢量的可逆发电和控制，以前没有观察到在一个超导材料，是优雅的表现出新兴的2D狄拉克费米子具有强大的自旋螺旋结构。我们的实验结果，支持第一性原理相对论电子结构和输运计算，展示了一条路线，设计低功耗的自旋逻辑电路的分层材料。
2020-05-04 cond-mat.mes-hall
Dual origin of defect magnetism in graphene and its reversible switching by molecular doping
通过使用电场来控制磁性的可能性是自旋电子学应用中最期望的特性之一。找到合适的材料仍然是一个难以捉摸的目标，到目前为止只找到了几个候选者。石墨烯是其中之一，并且由于其弱的自旋-轨道相互作用、通过电场效应控制电子性质的能力以及引入顺磁中心（例如空位和吸附原子）的可能性而提供了希望。在这里，我们表明，吸附原子的磁性在石墨烯是巡回的，可以通过掺杂控制，使磁矩可以打开和关闭。讨论较多的空位磁性被发现有一个双重的起源，有两个近似相等的贡献：一个来自相同的巡回磁性和其他由于断裂的债券。我们的工作表明，石墨烯的磁响应可以由场效应控制，类似于其输运和光学性质，并且自旋扩散长度可以在一定的载流子密度以上显著增强。
2013-05-10 cond-mat.mes-hall
Hydrogenation and defect formation control the strength and ductility of MoS2 nanosheets: Reactive molecular dynamics simulation
二维（2D）二硫化钼（MoS2）因其优异的性能而引起了人们的极大关注，适用于太阳能电池、锂离子电池、纳米电子学和电催化等关键技术。与石墨烯和其他2D材料类似，MoS2的物理和化学性质可以通过化学功能化和缺陷来调节。在本研究中，我们的目标是探索单层的氢原子功能化的二硫化钼的机械性能。此外，我们分析了不同类型的缺陷对MoS2在室温下的力学响应的影响。为了研究这些系统，我们使用ReaxFF力场进行了反应性分子动力学模拟。我们表明，氢吸附原子或缺陷含量的增加显着影响的临界力学特性的二硫化钼，弹性模量，拉伸强度，拉伸性能和故障行为。我们的反应分子动力学的结果提供了有用的信息，氢化和缺陷的二硫化钼的机械响应和纳米器件的设计。
2018-06-09 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Reversible doping of graphene field effect transistors by molecular hydrogen: the role of the metal/graphene interface
在这项工作中，我们提出了一个关于如何以及为什么分子氢改变石墨烯场效应晶体管的电子特性的调查。我们证明，与H2的相互作用导致石墨烯接触异质结附近的石墨烯的局部掺杂。我们还表明，这种相互作用强烈依赖于金属-石墨烯界面的特性。通过改变接触中的金属类型，我们观察到欧姆接触可以与石墨烯强或弱静电耦合。对于强耦合接触，由接触促进的电荷转移效应的特征导致不对称双极传导，并且这种不对称性可以在与H2的相互作用下是可调谐的。另一方面，对于与石墨烯弱耦合的接触，氢相互作用具有更深刻的影响。在这种情况下，在H2暴露时，器件在石墨烯晶体管转移曲线中显示出第二电荷中性点（双峰响应）。我们认为，这种双峰现象是由于石墨烯的功函数与金属电极的功函数在H2分子作用下发生解耦而引起的。我们还表明，在金属-石墨烯界面处的气体诱导的改性可以被利用来创建受控的石墨烯pn结，具有相当大的电子转移到石墨烯层和石墨烯电阻的显著变化。这些效应可以为合适的金属接触工程铺平道路，为气体传感器等器件的应用提供巨大的潜力。
2020-03-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
