Spin-orbit-free Weyl-loop and Weyl-point semimetals in a stable three-dimensional carbon allotrope
拓扑能带理论彻底改变了我们对材料电子结构的理解，特别是在具有强自旋轨道耦合（SOC）的系统中预测了一种新的状态--外尔半金属。在这里，一类新的外尔半金属，完全由轻元素与可忽略的SOC，提出。我们的第一性原理计算表明，在三维纯碳网络中的共轭p轨道相互作用，称为互穿石墨烯网络，足以产生相同的外尔物理。这种碳同素异形体具有非常好的结构稳定性。它的费米面由两个沿垂直方向具有线性色散的受保护外尔环组成。在反转对称性破缺时，每个外尔环被简化为一对外尔点。网络的表面带是几乎平坦的，在费米能级具有非常大的态密度。正如预期的那样，它在对称性破缺时被还原为费米弧。
2015-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Island formation and dynamics of gold clusters on amorphous carbon films
研究了用激光烧蚀法在非晶碳衬底上沉积的金团簇样品。在室温下储存几个月后，发现最初统计分布的簇被收集在由嵌入Au膜中的较大簇组成的附聚物中，所述Au膜通常覆盖尺寸为25 $\times$ 70 nm $^2$的区域。Au膜被确定为可能是4至8个单层，但最多7 nm厚。有证据表明，由少于50个原子组成的团簇被钉扎在衬底的侵入处。这些结果是使用高分辨率透射电子显微镜和离轴全息测量来表征团聚体以及基板。进行蒙特卡罗模拟来模拟膜形成过程。为此，使用密度泛函计算（GGA）确定衬底-Au相互作用，而Au-Au相互作用建模与有效的多体古普塔电位。膜的形成可以理解为中间尺寸（$50< N < 300$原子）的簇的扩散和融合。较大的团簇在室温下更稳定，并保持吸附在Au膜上。
2005-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic and electronic structures of stable linear carbon chains on Ag-nanoparticles
在这项工作中，我们报告的X射线光电子（XPS）和价带（VB）光谱测量的无表面活性剂的银纳米粒子和银/线性碳链（Ag@LCC）结构的脉冲激光烧蚀（PLA）在水中制备。我们的测量结果表明，显着的氧化，只有在表面上的银纳米粒子与许多共价碳-银键，但只有可忽略不计的碳-氧键的痕迹。理论模型还提供了证据，证明线性碳链与纯的和部分氧化的银表面之间形成了牢固的碳-银键。理论和实验的电子结构的比较也提供了证据的存在下，非氧化的线性碳链的银表面。为了评估化学稳定性，我们研究了氧化物种（水和氧气）的物理吸附的能量学，发现这种吸附比线性碳链的吸附更优选在氧化或原始银表面上，这使得LCC氧化的初始步骤在能量上是不利的。
2017-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Photoluminescent properties of the carbon-dimer defect in hexagonal boron-nitride: a many-body finite-size cluster approach
我们研究了碳二聚体缺陷在六方氮化硼单层使用GW和Bethe-Salpeter多体微扰理论在有限尺寸集团的方法。虽然准粒子的能量收敛非常缓慢，系统的大小，由于缺少远程偏振效应，光学激发收敛得更快，与$1/R^3$标度律相对于集群的平均半径。我们获得了4.36 eV的发光零声子能量，其中包括显着的0.13 eV零点振动能和0.15 eV重组能贡献。层间屏蔽使发射能量进一步降低约0.3eV。这些结果支持最近确定的替代碳二聚体的零声子4.1 eV的发光线的可能来源。最后，GW准粒子的能量外推到无限的h-BN单层的限制，导致预测的缺陷HOMO-LUMO光电子能隙为7.6 eV。与光学间隙的比较产生了一个非常大的激子结合能为3 eV的相关本地化的Frenkel激子。
2021-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetism of Edge Modified Nano Graphene
为了研究碳基材料的磁性原理，采用第一性原理密度泛函理论分析锯齿形边缘修饰的石墨烯分子的多自旋态，选择合适的修饰元素。自由基碳修饰的C_（64）H_（17）的最高自旋态是最稳定的，这是由于Z字形边缘有两个上自旋的四面体分子轨道构型。相比之下，氧修饰的C59 O 5 H17由于氧位处的四个自旋抵消而显示出最低的自旋状态是最稳定的。硼修饰的C_（59）B_（55）H_（22）在硼位上没有π-分子轨道，使稳定的分子自旋态为最低自旋态。然而，C59 N5 H2有两个π电子，其中自旋相互抵消以给出稳定的最低自旋状态。硅改性的C59 Si 5 H27和磷改性的C59 P5 H22由于Z字形位大量原子的插入而表现出弯曲的分子几何构型，同时也带来了复杂的自旋分布。自由基碳和二氢化碳改性是设计碳基磁性材料的有希望的候选者。
2011-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Predicting Two-Dimensional Boron-Carbon Compounds by the Global Optimization Method
我们采用一种全局优化的方法来预测二维（2D）纳米结构，通过粒子群优化（PSO）算法。通过粒子群算法模拟，我们预测了一个宽范围的硼浓度的二维硼-碳（B-C）化合物的新的稳定结构。我们的计算表明：（1）除了BC_3外，所有的二维B-C化合物都是金属的，BC_3是一个奇异的例子，其中硼原子隔离了碳六元环，导致了半导体行为。(2)对于富含C的B-C化合物，最稳定的2D结构可以被视为硼掺杂的石墨烯结构，其中硼原子通常形成1D之字形链，除了其中硼原子均匀分布的BC 3。(3)BC的最稳定的二维结构是碳和硼交替的带状结构，中间有很强的B-C键，在2000 K以上具有很高的热稳定性。(4)对于富硼的二维B-C化合物，存在一种新的具有近似C2 v对称性的平面四配位碳基序。
2011-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interaction of carbon clusters with Ni(100) : Application to the nucleation of carbon nanotubes
为了了解催化过程中碳纳米管成核的第一阶段，我们提出了一个紧束缚Monte Carlo研究的稳定性和不同的碳结构沉积在镍（100）表面的凝聚机制。根据几何形状，我们得到对比的结果。一方面，平面碳片的局部能量分布的分析表明，悬挂键保持不饱和，尽管存在的金属催化剂。它们的粘附力来自位于碳纳米结构下方的表面Ni原子的能量增益。另一方面，碳帽通过占据fcc镍结构的中空位点的碳原子的存在而稳定，这表明悬挂键的饱和。
2007-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Hexagonal boron-carbon fullerene heterostructures; Stable two-dimensional semiconductors with remarkable stiffness, low thermal conductivity and flat bands
本文基于B40和C36富勒烯，通过密度泛函理论首次预测了热力学和动力学稳定的六方硼-碳富勒烯二维异质结构，发现其具有半导体特性、拓扑平带、低热导率（4-10 W/mK）及优异的各向异性力学性能，为开发新型富勒烯基二维异质结构提供了可能。
2023-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Clusters of interstitial carbon atoms near the graphite surface as a possible origin of dome-like features observed by STM
通过分子动力学模拟证明了石墨表面和第二原子层之间间隙碳原子团簇的形成。结果表明，间隙团簇导致圆顶状的表面特征，这可能与STM在辐照石墨表面上观察到的一些小丘有关。
1999-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic states and optical properties of single-layer carbon-doped hexagonal boron nitride
我们表明，碳掺杂的六方氮化硼（h-BN）具有非凡的性能与许多可能的应用。我们证明了与碳原子相关的取代诱导杂质态及其相互作用决定了C掺杂h-BN的电子结构和性质。此外，我们还发现，嵌入h-BN中的小C团簇中的局域杂质态的堆叠在h-BN的宽禁带中形成了一组离散的能级。这些C原子团簇的电子结构在光学、磁光和光电子学方面有着广泛的应用。
2012-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carbon nanotubes decorated with gold, platinum and rhodium clusters by injection of colloidal solutions into the post-discharge of a RF atmospheric plasma
在本文中，我们提出了一种新的，简单的，强大的和有效的技术来修饰多壁碳纳米管（MWCNT）与金属纳米粒子。作为案例研究，Au，Pt和Rh纳米粒子接枝到多壁碳纳米管上，通过将胶体溶液喷射到大气氩气或氩气/氧气RF等离子体的后放电中。我们在这里介绍的方法不同于文献中通常描述的方法，因为处理是在大气压下进行的，允许在表面活化和沉积过程的仅一个步骤中实现。我们通过实验证明，在等离子体中加入氧气会显著增加接枝金属纳米颗粒的量。此外，TEM照片清楚地表明，接枝的纳米粒子的尺寸得到很好的控制。
2016-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic cluster expansion for quantum-accurate large-scale simulations of carbon
本研究提出一种碳的原子团簇展开（ACE）方法，基于DFT计算的碳结构数据集参数化，可高效准确预测多类碳相性质，并在裂纹扩展、非晶碳演化、富勒烯生长三类场景验证了有效性。
2023-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Carbon cluster emitters in silicon carbide
本研究利用密度泛函理论计算4H-SiC中至多含四个碳原子的碳团簇，结合光谱比对确定多个可见发光体的原子构型来源。
2023-08-18 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Carbon antisite clusters in SiC: a possible pathway to the D_{II} center
光致发光中心D_{II}是一种持久的本征缺陷，在所有SiC多型体中很常见。它的指纹是发光光谱中的特征声子副本。我们进行从头计算的振动光谱的各种缺陷复合物，并发现碳反位团簇表现出的振动模式的频率范围内的D_{II}频谱。这些团簇具有非常高的结合能，这保证了它们的热稳定性--这是D_{II}中心的一个已知特征。二碳反位（C_{2}）_{Si}（两个碳原子共享一个硅位）是这些团簇的重要组成部分。
2004-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Formation of nickel-carbon heterofullerenes under electron irradiation
提出了一种通过在电子辐照下将石墨烯薄片与附着的过渡金属簇转化来制备新的金属-碳纳米物体的方法。通过分子动力学模拟研究了镍团簇与石墨烯片的转化过程。镍碳势参数（I. V. Lebedeva et al.J.Phys.Chem.C，2012，116，6572）进行了修改，以改进对该过程中富勒烯弹性能和石墨烯边缘能之间的平衡的描述。发现形成的金属-碳纳米物体的范围从具有金属贴片的杂富勒烯到由通过化学键连接的封闭富勒烯和金属簇组成的颗粒。局域结构分析揭示了原子尺度的相变机制。在高分辨透射电子显微镜（HRTEM）的实验条件下，估计了纳米粒子的平均形成时间和在电子辐照下的寿命。还模拟了高分辨透射电镜观察过程中纳米结构随时间演化的图像序列。此外，批量生产研究的金属-碳纳米物体和固体的基础上，这些纳米物体的可能性进行了讨论。
2018-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structure and vibrational spectra of carbon clusters in SiC
用从头算方法研究了3C和4 H-SiC中小碳间隙团簇和反位团簇的电子、结构和振动性质。这些缺陷具有相当大的离解能，并且可以通过例如在离子注入过程中产生的碳原子的冷凝而形成。所有考虑的缺陷复合物具有本地化的振动模式（LVM的）远高于SiC体声子谱。特别是，紧凑的反位簇表现出高达250 meV的高频LVM。分析了a_{13} C富集引起的同位素位移。根据这些结果，讨论了光致发光中心D_{II}和P-U。二碳反位被认为是D_{II} -中心的一个可能的关键成分，而碳分裂-间隙可能是P-T中心的起源。计算和观察到的高频模式的比较表明，U-中心也是一个碳反位基缺陷。
2004-09-13 cond-mat.mtrl-sci
First-principles identification of single photon emitters based on carbon clusters in hexagonal boron nitride
最近的一项研究将碳与六方氮化硼（h-BN）中的单光子发射体（SPE）联系起来。这一观察结果以及h-BN中碳的高迁移率表明存在基于碳簇的SPE。在这里，通过密度泛函理论计算，我们研究了取代碳原子团簇的六方氮化硼四聚体。两种不同构象的中性碳三聚体的零点线能量和声子边带的位移与典型的光致发光光谱兼容。此外，一些构象的两个小的C团簇彼此相邻的光致发光光谱中发现的实验结果相似。我们还表明，空缺是无法再现的声子边带的典型功能，在大多数测量中观察到的低能量呼吸模式，普遍存在于这样的缺陷，由于大的光谱权重。
2020-07-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Reduced carbon solubility in Fe nano-clusters and implications for the growth of single-walled carbon nanotubes
不同直径的氧化铝负载的铁催化剂用于生长单壁碳纳米管（SWCNTs）的化学气相分解。我们发现，催化剂尺寸的减小需要增加生长所需的最低温度。我们解决这一现象的Fe纳米团簇中的C的溶解度，并通过使用第一性原理计算，我们设计了一个简单的模型来预测在低温下的Fe-C纳米团簇中的相竞争的稳定性的行为。我们发现，作为一个函数的颗粒大小，有三种情况下兼容的稳定状态，有限的和无生长的单壁碳纳米管，对应于不受影响，减少和没有溶解度的C在颗粒中。这一结果引起了人们对目前Fe CVD技术中小而长的单壁碳纳米管生长可行性的担忧，并提出了寻找更好催化剂的新策略。
2008-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Formation of Clusters of Interstitial Carbon Atoms in Graphite due to Deformation Interaction and their Spatial Arrangement
用分子动力学模拟研究了石墨层间间隙碳原子团簇的形成。结果表明，对于位于同一层间区域的位错，形变势是吸引的，而对于位于不同层间区域的位错，形变势是排斥的。结果，形成以棋盘状顺序排列的相对小的间隙簇。
1998-08-26 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Leaving the Fullerene Road: Presence and Stability of sp Chains in sp2 Carbon Clusters and Cluster-Assembled Solids
本文报道了用脉冲微等离子体源在超音速膨胀中产生的大碳团簇的生长和结构的实验和理论研究。团簇生长过程中没有明显的热退火会导致无序结构的形成，其中对于大于约90个原子的颗粒，sp2和sp杂化共存。在不同的结构中，我们认识到包裹sp链的sp2封闭网络。这种“坚果壳”的配置可以防止分裂的sp物种沉积后的集群，从而允许形成纳米结构的膜含有carbynoid物种，如拉曼光谱所示。原子模拟证实，所观察到的拉曼光谱的SP/SP2杂化特性的孤立的集群和生存在膜中的签名，并提供有关的SP链的结构的信息。在sp2笼中的内嵌sp链代表了一种新的方式，其中碳纳米结构可能具有潜在的有趣的功能特性。
2005-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Accelerated atomistic simulation study on the stability and mobility of carbon tri-interstitial cluster in cubic SiC
采用动力学活化弛豫技术结合经验势和基于从头算的爬像轻推弹性带方法，对立方SiC中最稳定的碳三间隙团簇的迁移和旋转路径进行了广泛的研究.我们的研究揭示了最稳定的集群迁移，旋转和解离的最低能量障碍的路径。基于计算的跃迁势垒，讨论了最稳定团簇的动力学性质，包括它的迁移率、不同温度下的旋转行为以及对高温退火的稳定性。除了基本的见解，我们的研究提供了一种方法，用于调查技术上重要的材料中的其他扩展缺陷。
2016-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Comment to "Imaging the atomic orbitals of carbon atomic chains with field-emission electron microscopy"
在线性原子链的场发射电子显微镜中观察到稳定的双峰图案需要破坏轴对称的稳定机制，这未被Mikhailovskij等人[Phys. Rev. B 80，165404（2009）]正确识别。使用微观计算，我们将观察到的图案归因于链连接的配体产生的对称性破缺，加上碳π键交替。
2010-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
The energy landscape of fullerene materials: a comparison between boron, boron-nitride and carbon
采用密度泛函势能面上的最小跳跃全局几何优化方法，研究了中等尺寸和大尺寸硼团簇。即使对于孤立的中等大小的团簇的基态是一个笼状结构，他们是不稳定的外部扰动，如与其他团簇的接触。较大的硼团簇的能量景观是玻璃状的，并且具有大量的能量低于笼的结构。这与碳和氮化硼系统形成对比，碳和氮化硼系统在我们的最小跳跃运行中可以被清楚地识别为结构寻求者。势能景观的差异解释了为什么碳和氮化硼系统在自然界中被发现，而纯硼富勒烯还没有被发现。
2011-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Cluster Beam Deposition and in situ Characterization of Carbyne-rich Carbon Films
用原位拉曼光谱研究了超音速团簇束沉积法制备的纳米结构碳膜。拉曼光谱显示形成的sp2固体与一个非常大的分数的sp-协调的碳炔物种显示在超高真空下的长期稳定性。不同的拉曼光谱的贡献，从聚炔和cumulene物种已被观察到。富碳薄膜的长期稳定性和在不同气体暴露下的行为已被表征，显示出不同的sp配置的不同演变。我们的实验证实了理论预测，并证明了容易产生稳定的富含卡宾的纯碳固体的可能性。sp2-sp网络的稳定性对天体物理学和新型碳基系统的产生具有重要意义。
2002-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Nanofriction behavior of cluster-assembled carbon films
利用原子力-摩擦力显微镜（AFM-FFM）研究了超音速团簇束沉积（SCBD）法制备的纳米结构碳膜的摩擦性能。实验数据进行了讨论的基础上修改的Amonton的摩擦定律，说明线性依赖的摩擦负载加上粘合剂偏移占一个有限的摩擦力在零总施加的负载的限制。分子动力学模拟的AFM针尖与纳米结构的碳的相互作用证实了该系统所使用的摩擦模型的有效性。实验结果表明，摩擦系数不受薄膜的纳米结构和相对湿度的影响。另一方面，粘附系数取决于这些参数。
2002-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Coalescence of Carbon Atoms on Cu (111) Surface: Emergence of a Stable Bridging-Metal Structure Motif
结合第一性原理与分子动力学模拟，发现碳原子趋近诱导Cu(111)表面形成桥接金属结构并改变聚合动力学，基于相互作用平衡提出理论模型描述表面化学。
2010-05-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Synthesis and properties of free-standing monolayer amorphous carbon
块体非晶材料已经被广泛研究和应用，但其原子排列仍然是一个悬而未决的问题。虽然它们通常被认为是Zachariasen连续随机网络，但最近的实验证据支持非晶硅的竞争微晶模型。然而，在二维材料中，相应的问题仍然没有得到解答。在这里，我们报告的合成，通过激光辅助化学气相沉积，厘米级的，独立的，连续的和稳定的单层无定形碳，拓扑结构不同于无序石墨烯。与块体材料不同，单层无定形碳的结构可以通过原子分辨率成像来确定。通过拉曼光谱、X射线光谱和透射电子显微镜的广泛表征揭示了完全不存在长程周期性和具有广泛分布的键长、键角和五元环、六元环、七元环和八元环的三重配位结构。环分布不是Zachariasen连续随机网络，但类似于竞争（纳米）微晶模型。我们构建了一个相应的模型，使单层无定形碳的性质的密度泛函理论计算，根据观察。直接测量证实它是绝缘的，电阻率值与化学气相沉积法生长的氮化硼相似。自支撑单层无定形碳令人惊讶地稳定，并且变形至高断裂强度，而没有从断裂点的裂纹扩展。这种稳定的、独立的单层无定形碳的优异物理性质可以证明在诸如磁纪录设备和柔性电子器件的应用中对于渗透和扩散屏障是有用的。
2021-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energetics and stability of nanostructured amorphous carbon
蒙特卡罗模拟，补充从头计算，揭示了纳米结构的非晶碳的能量学和热力学稳定性。嵌入的纳米晶体与主机非晶基体的相互作用示出，以确定在很大程度上的稳定性和碳相之间的相对能量差。金刚石在sp^3分数超过60%的基质中是稳定的结构。黑素体在低协调网络中稳定。其他sp^2键结构是亚稳态的。
2006-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-Induced Interlinking of Carbon Nanotubes
我们预测新形式的碳组成的一维和二维网络互连的单壁碳纳米管，其中一些是积极更稳定的比范德华包装的纳米管的六方晶格。这些相互连接的纳米管进一步转化与更高的外部压力施加到更密集和复杂的稳定结构，其中曲率诱导碳sp $^{3}$再杂交形成。我们还讨论了纳米管之间的键形成的能量和这些预测的新结构的电子性质。
2000-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Two semiconducting three-dimensional all-sp2 carbon allotropes
利用第一性原理方法研究了两种三维全sp2碳同素异形体sp2-金刚石和sp2-石墨的能量稳定性、动力学稳定性和电子性质。1992年，Michael O 'Keeffe预测了石墨的存在（Phys. Rev. Lett.，68，15，1992.）空间群为Pn-3 m（224），而空间群为Fd-3 m（227）的sp2-金刚石未见报道。结果表明，sp2-金刚石结构比K4-碳和T-碳结构更稳定，sp2-石墨结构比超硬M-碳、W-碳和Z-碳结构更稳定，振动性质计算表明两种结构都是动力学稳定的。有趣的是，sp2-金刚石和石墨都表现为半导体，这与以前提出的全sp2碳同素异形体相反。sp2-金刚石是直接带隙为1.66 eV的半导体，而石墨是间接带隙为2.89 eV的半导体。sp2-金刚石和石墨的低密度和完全的sp2构型在储氢、光催化剂和分子筛等方面具有潜在的应用前景。
2012-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Carbon-related Bilayers: Nanoscale Building Blocks for Self-Assembly Nanomanufacturing
使用第一性原理总能量方法，我们研究了石墨烯类碳单层和双层，与氮和硼原子官能化的性质。由此产生的稳定的结构进行了探讨，在其潜在的使用作为纳米级的二维积木的宏观结构的自组装。我们最初考虑用氮和硼官能化的石墨烯单层，但就各自的层声子谱而言，它们都不是动态稳定的。然后，我们考虑了官能化的石墨烯样双层（标记为NCCN、NCNC、BCCB和NCCB），分析了它们的稳定性、电子和机械性质以及化学反应性。我们发现，虽然NCCN，NCNC和NCCB双层是稳定的，BCCB的一个不是。此外，NCCN和NCCB双层被探索为用于纳米结构自组装的潜在二维构建块，其可以形成稳定的本体结构。特别是，NCCB双层似乎是作为构建块的最佳选择，因为通过堆叠NCCB双层形成的所得3D晶体在能量上是稳定的。
2019-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Stable, carbon-free inks of Cu2ZnSnS4 nanoparticles synthesized at room temperature designed for roll-to-roll fabrication of solar cell absorber layers
我们报道了一种新的室温合成环境友好的铜锌锡硫化物（$Cu_2ZnSnS_4$）纳米粒子的方法。该方法显示出组成上的稳健性，并且能够产生适用于太阳能电池中的吸收层的$S^{2-}$稳定的无碳纳米颗粒油墨。未检测到工艺中的有机残留物。金属组成和第二相的出现在此与合成条件相关：通过利用Cu/Sn < 1.8的反应物浓度和Sn（II）作为锡源，可以避免形成$Cu_xS$相，当其存在于最终吸收体层中时，其对太阳能电池性能是有害的。随着纳米颗粒尺寸接近$Cu_2ZnSnS_4$的玻尔半径，带隙可以加宽至1.7 eV。此外，研究了形成这种$Cu_2ZnSnS_4$纳米颗粒的稳定的无碳水性油墨的条件，并且稳定化的$NH_4^+/S^{2-}$离子浓度影响沉积的吸收剂层的质量。室温合成和稳定的水性墨水配方的使用使该方法适合卷对卷制造和升级。
2019-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Formation of yttrium oxalate phase filled by carbon clusters on the surface of yttrium oxide films
本文通过碳离子注入在立方Y2O3薄膜表面形成了空腔填充碳团簇的稳定草酸钇结构，厚度约10 nm，且不改变基体晶体结构，为调控光学性质和提升生物相容性提供了新途径。
2024-01-16 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Native point defects and carbon clusters in 4H-SiC: A hybrid functional study
我们报告的第一性原理计算，澄清的形成能量和电荷跃迁水平的原生点缺陷和碳团簇在4 H多型碳化硅（4 H-SiC）在富碳条件下。我们采用了一种混合功能，再现SiC的实验带隙以及提供可靠的缺陷特性。对于点缺陷，我们调查了单空位，反位，和相关网站上的Si和C的晶体。对于碳团簇，我们系统地将两个额外的C原子引入到完美的4 H-SiC晶格中，去除Si原子和不去除Si原子，并进行结构优化以确定稳定的缺陷构型。我们发现，中性Si反位是积极有利的Si点缺陷在很宽的范围内的费米能级位置周围的本征制度，而带负电荷的Si空位和带正电荷的Si间隙的网站上包围的三个Si和三个C原子成为有利的n型和p型条件下，分别。对于C点缺陷，中性C反位是有利的本征和n型条件下，而带正电的C空位成为有利的p型条件下。我们还发现，一个二碳反位是更有利的比一个C-分裂间隙，这是最稳定的形式的单碳化合物。
2019-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Interaction of Luminescent Defects in Carbon Nanotubes with Covalently Attached Stable Organic Radicals
具有发光sp $^{3}$缺陷的单壁碳纳米管（SWCNT）的功能化极大地提高了其在量子光源和生物成像等应用中的性能。在这里，我们报告了纯化的半导体单壁碳纳米管与稳定的有机基团（全氯三苯基甲基，PTM）进行净自旋的共价官能化。该模型系统使我们能够使用近红外光致发光所产生的缺陷局部激子作为一个高度敏感的探针PTM自由基和单壁碳纳米管之间的短程相互作用。我们的研究结果指向增加的三重态激子人口由于自由基增强的系间交叉，这可以提供访问难以捉摸的三重态歧管单壁碳纳米管。此外，这种简单的自旋标记缺陷的合成路线可以使磁共振研究与功能化单壁碳纳米管的体内荧光成像互补，并促进具有磁性可切换电荷传输的自旋电子器件的可扩展制造。
2021-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Symmetric carbon tetramers forming chemically stable spin qubits in hBN
针对半导体空位缺陷表面不稳定的局限，提出hBN中对称碳四聚体作为化学稳定自旋量子比特，通过DFT和量子化学预测其具有应变敏感的光学信号和减小的共振线宽，可提升低维传感灵敏度。
2023-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Thermally stable carbon-related centers in 6H-SiC: photoluminescence spectra and microscopic models
最近的从头算计算[Mattausch等人，B 70，235211（2004）]揭示了在6 H-SiC中的三碳反位（C_3）_Si和U光致发光中心之间的可能联系[Evans等人，B 66，35204（2002）]。然而，一些预测的振动模式并没有在实验中观察到。在这里，我们报告的实验，确实证实了存在一个低能量模式的U-中心（以及HT 3-和HT 4-中心的光谱细节类似的U-中心）。我们计算了（C_3）_Si缺陷的同位素分裂，发现与我们的数据几乎完全一致。此外，我们还讨论了碳双间隙（C_2）_Hex作为Z-和HT 5-中心的模型。同位素分裂也很好地再现，但本地模式能量的绝对值显示约10毫电子伏的差异。
2006-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Hexagon Preserving Carbon Nanofoams
碳泡沫是假设的碳同素异形体，其含有石墨样（sp $^2$碳）片段，通过sp $^3$碳原子连接，产生多孔结构。在这项工作中，密度泛函紧束缚（DFTB）方法与周期性边界条件（PBC）的研究这类不寻常的碳系统的能量，稳定性和电子性质。关于碳的最稳定相（石墨和金刚石），泡沫在非常低的质量密度下显示出高的结构稳定性。泡沫的电子能带结构和电子态密度（DOS）表明与碳纳米管类似的尺寸依赖性。计算的体积模量在石墨（5.5GPa）和金刚石（514GPa）之间的范围内。这些结构可能代表sp $^2$ +sp $^3$杂交的新型稳定碳修饰。
2011-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-Scale Dynamics of the Formation and Dissolution of Carbon Clusters in SiO2
SiC的氧化产生SiO2，同时释放CO。然而，在较低温度下的“再氧化”步骤对于生产高质量的SiO2是必要的。该步骤被认为净化了残留C的氧化物，而没有SiC衬底的进一步氧化。我们报告的第一性原理计算，描述的成核和生长的O-缺乏的C簇在二氧化硅氧化条件下，由生产的CO在前进的接口，并通过供应O再氧化条件下逐渐溶解。我们预测，在这两个步骤中都释放出CO和CO2。
2001-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Light Induced Charge Transfer from Transition-metal Doped Aluminium Clusters to Carbon Dioxide
分子与催化剂之间的电荷转移在决定光化学催化过程的效率和产率方面起着关键作用。本文采用第一性原理含时密度泛函理论研究了过渡金属掺杂铝团簇与CO $_2$分子之间的光诱导电子转移。具体来说，我们进行了一系列的掺杂剂（锆，锰，铁，钌，钴，镍和铜）的计算，并发现所得到的系统分为两类：铜和铁掺杂的集群表现出没有基态电荷转移，弱CO $_2$吸附和光诱导电子转移到CO $_2$。在所有其他系统中，我们观察到基态电子转移到CO $_2$导致强吸附和主要是光诱导的电子从CO $_2$回转移到集群。这些发现为合理设计原子级精确的铝光催化剂铺平了道路。
2021-03-26 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
Single- and double-wall carbon nanotubes fully covered with tetraphenylporphyrins: Stability and optoelectronic properties from ab-initio calculations
采用色散校正的从头计算方法研究了四苯基卟啉非共价修饰的单壁和双壁碳纳米管的光电性质。考虑了五种具有不同手性的CNT物种。我们发现最稳定的构型是那些碳纳米管完全被TPP覆盖的构型，表现出约2 eV/TPP的结合能。半导体CNT-TPP化合物显示出光学响应，其特征在于与TPP带相关的强吸收，随着TPP浓度的增加强度增加。此外，分子动力学模拟表明，该化合物在高达100 $^{\circ}$ C的温度下是稳定的。
2015-05-31 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
On surface energy of graphene and carbon nanoclusters
对石墨（石墨烯）边缘进行了理论研究。最稳定的边缘方向被计算为锯齿形[110]边缘。可能的应用结果形成不同的石墨结构进行了讨论。
2001-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Carbon Nanoarch Encapsulating Fe Nanowire on Ni (111)
采用密度泛函理论研究了Ni（111）表面Fe填充单壁碳纳米管的稳定结构。我们发现纳米管在Ni（111）上的稳定几何构型和电子态。我们提出碳纳米管的C-C键可能被铁丝和镍表面打断。也就是说，当Fe填充的SWNT（3，3）吸附在Ni（111）表面时，SWNT转变为拱形结构。
2005-08-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Initial stage of growth of single-walled carbon nanotubes : modelling and simulations
通过对相互作用、碰撞和催化行为的仔细建模，可以获得关于单壁碳纳米管（SWCNT）生长的初始阶段的重要信息，其中使用最先进的半经验哈密顿量[Phys. Rev. B，74，155408（2006）]来建模碳原子之间的相互作用。形成过饱和金属-合金液滴的金属催化剂由凝胶表示，并且碳原子和催化剂之间的碰撞的效果通过凝胶和碳之间的电荷转移而被捕获。从不同初始构型的碳簇开始（例如，无规结构、笼状结构、整体切割球形簇等），我们将它们退火到不同的温度。这些模拟进行与集群放置在凝胶以及在真空中。我们发现，在凝胶的存在下，并且对于~ 0.1 e-0.2 e的最佳电荷转移，形成开放的笼状结构（和一些细长的笼状结构），这可以被视为单壁碳纳米管生长的前体。我们还将讨论球形边界对单壁碳纳米管成核的影响。
2012-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Stable and Solution-Processable Cumulenic sp-Carbon Wires: A New Paradigm for Organic Electronics
溶液处理的、大面积的和柔性的电子器件在很大程度上依赖于$^2$ -杂化碳分子的优异电子性质，其形式为$π$ -共轭的小分子和聚合物或石墨烯和碳纳米管。碳与sp-杂化，难以捉摸的同素异形体碳炔的基础，提供了大量的机会，功能化分子的形式，线性碳原子线（CAW），有趣的，甚至优越的预测电子性能。虽然CAW代表了一个充满活力的研究领域，但迄今为止，它们仅被少量应用于分子器件。最近在微晶累积多烯中观察到的场效应表明它们在溶液处理的薄膜晶体管中具有潜在的应用，但围绕稳定性和电子性能的担忧阻碍了这一方向的发展。在本研究中，理想的场效应特性表现为溶液处理的薄膜的四苯基[3]cumulene，最短的半导体碳原子线。薄膜通过可扩展的大面积涂覆技术沉积，提供空穴迁移率超过0.1 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$的晶体管，以及在黑暗条件下有希望的操作稳定性。这些结果提供了一个坚实的基础，为开发一个巨大的类分子半导体的有机电子的基础上sp-杂化碳系统，并创建一个以前未开发的范例。
2022-03-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ab-initio calculations of carbon and boron nitride allotropes and their structural phase transitions using periodic coupled cluster theory
我们提出了一个从头计算研究氮化硼以及碳同素异形体。它们的相对热力学稳定性和结构相变从低到高密度相的研究。压力-温度相图的计算和实验结果进行比较。计算采用量子化学波函数以及密度泛函理论。我们的研究结果表明，预测的能量差异往往取决于所采用的方法的选择显着。计算结果和实验结果之间的比较允许基准的准确性，不同层次的理论。所产生的结果表明，量子化学波函数为基础的理论允许实现系统的改进估计。我们发现，在耦合集团理论的水平上，氮化硼的低密度相和高密度相在0 K时都发生了热简并。这与最近的实验结果一致，表明立方氮化硼在环境条件下不是化学稳定的同素异形体。此外，我们采用计算结果来评估过渡概率从石墨低密度到类金刚石高密度相在一个近似的方式。我们的结论是，母石墨材料的堆叠顺序是至关重要的可能形成的亚稳纤锌矿氮化硼和六方碳金刚石也被称为lonsdaleite。
2019-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism of an all-carbon composite composed of a carbon nanowire nside a single-walled carbon nanotube
利用第一性原理自旋密度泛函方法，我们研究了一种新型的全碳纳米材料，碳纳米线插入单壁碳纳米管中。研究发现，在一维碳纳米线密度不太高的情况下，铁磁基态比反铁磁基态更稳定，这是由于一维碳纳米线与单壁碳纳米管之间的弱耦合造成的.同时，碳纳米线的二聚化和管壁碳空位的存在也增强了复合材料的磁矩。
2007-07-18 cond-mat.mtrl-sci
An Improved Descriptor of Cluster Stability. Application to Small Carbon Clusters
团簇束中的气相团簇的质谱具有丰富的结构，其中与对应于相邻尺寸的团簇的峰相比的峰的相对高度揭示了团簇作为尺寸$N$的函数的稳定性。在分析碳团簇阳离子$C_N^{+}$和$N\leq$ 16的已发表质谱时，我们采用了最常见的团簇稳定性描述符，该描述符基于将大小为$N$的团簇的总能量与大小为$N$ +1和$N$-1的团簇的平均能量进行比较。这些能量已经从密度泛函计算中获得。稳定性函数和质谱之间的比较留下了一些无法解释的实验特征;特别是，与作为大小$N$的函数的质量峰的高度的详细变化的相关性不令人满意。然后，我们提出了一种新的稳定性描述符，大大改善了问题，特别是与质量峰的高度的详细变化的相关性。新的稳定性指数是基于比较大小为$N$的团簇的原子蒸发能量与大小为$N$ +1和$N$-1的团簇的平均原子蒸发能量。蒸发能是与束中控制团簇丰度的过程直接相关的量，这是蒸发能得到显著改善的原因。
2019-04-25 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
Molecular Dynamics Study of the Catalyst Particle Size Dependence on Carbon Nanotube Growth
采用基于经验势能面的分子动力学方法，研究了催化剂粒径对单壁碳纳米管（SWNTs）生长机理和结构的影响.纳米管成核的温度（800-1100 K），这发生在簇的表面上，是类似于催化剂化学气相沉积实验中使用的，和生长机制，这是在汽-液-固模型中描述的，是相同的所有簇的大小在这里研究（铁簇包含10和200之间的原子进行了模拟）。含有至少20个铁原子的大催化剂颗粒使SWNT成核，并且具有比从较小簇成核的SWNT好得多的管状结构。此外，从较大簇生长的SWNT具有与簇直径相似的直径，而直径小于0.5 nm的较小簇成核直径约为0.6-0.7 nm的纳米管。这与实验观察到的单壁碳纳米管的直径与催化剂颗粒的直径相似，并且最大的自支撑单壁碳纳米管为0.6-0.7 nm一致。
2006-07-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Comment on "Stability of Small Carbon-Nitride Heterofullerenes"
我们评论了最近的一篇论文[D. Schultz等人，Phys.Rev.Lett. 90，015501（2003）]。我们认为，需要一个高度系统的调查，以确定最稳定的结构的原始和N-取代富勒烯。
2003-01-24 cond-mat.mtrl-sci
New stable crystal structures of C and GeC2 predicted from first-principles calculations
采用第一性原理密度泛函理论（DFT）计算方法预测了碳（C）和碳化锗（GeC 2）两种新型三维晶体结构.这些新发现的3D碳同素异形体和GeC 2在空间群Fmmm（空间群编号69）中。它们的晶体结构具有由C或Ge/C原子形成的独特的四角/六角环。通过声子谱计算证明了这两种结构都是稳定的。C的同素异形体是一种半导体，具有3.65 eV的宽带隙的混合密度泛函HSE 06方法预测，而GeC 2是金属。新的C同素异形体具有2.84 g/cm 3的低质量密度。更重要的是，它被证明是能量稳定的，内聚能小于-7.5eV/原子，这低于许多其他碳同素异形体，这意味着在实验室中制备的可能性。这种具有低质量密度和宽带隙的碳晶体结构一旦合成，将在气体吸附传感器和光电子器件中具有广泛的应用。
2020-12-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Superstructures of Cubic and Hexagonal Diamonds Comprising a Family of Novel $sp^3$ Superhard Carbon Allotropes
提出了立方和六方金刚石（h-和c-金刚石）的超结构，其包含稳定的类金刚石$sp^3$杂化的新型碳同素异形体家族，其被称为$_n$ -碳，其中$n \geq 2$表示晶胞中的结构层的数目。传统的h-和c-钻石分别作为$n=2$和3的成员包含在该家族中。U $_n$ -碳（$n=4-6$），其在能量和热力学上比h-金刚石更稳定，并且具有显著的动力学稳定性，被示出为绝缘体，具有$5.6 \sim 5.8$ eV的间接带隙、$ 3.5 \sim 3.6$ g/cm $^3$的密度、$4.3 \sim 4.4 \times 10^{2}$ GPa的体积模量和$92.9 \sim 97.5$ GPa的维氏硬度，甚至比h-和c-金刚石更硬。模拟的X射线衍射和拉曼光谱的实验表征。碳的这些新结构将在物理学、化学、材料科学和电子物理学中产生引人注目的影响。
2013-10-19 cond-mat.mtrl-sci
