On the mechanism of gas adsorption for pristine, defective and functionalized graphene
缺陷不再被认为是石墨烯的不利方面。同时，也为石墨烯的应用拓展铺平了道路。采用密度泛函理论研究了石墨烯中的三种缺陷：缺碳、吸附原子（单一Fe）掺杂和官能团（羧基、吡喃基）的引入对NO2气体吸附的影响。我们已经观察到，缺陷石墨烯中的不饱和碳对吸引NO2分子具有高度活性。我们的研究表明，在石墨烯上引入Fe可以增强NO2的吸附过程。吸附能的计算表明，在NO2吸附的增强是更深刻的Fe掺杂的单和四空石墨烯比Fe掺杂的双和三空石墨烯。这项研究可能有助于开发石墨烯的吸附应用。
2016-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Defect-induced oxygen adsorption on graphene films
尽管石墨烯上的缺陷可以降低电子输运及其用作保护层的能力，但它们也可以有助于定制局部性质或激活特定吸附物的新位点。这里，使用低能Ar $^+$轰击在Ru（0001）上的石墨烯膜中形成碳空位缺陷，然后使材料在室温下与氧（O $_2$）反应。氦低能离子散射表明，没有氧附着到完整的石墨烯层。当存在孤立的单碳空位缺陷时，氧分子吸附在缺陷位点处，并在600 K下后退火后插入石墨烯覆盖层下方。当缺陷大到足以由裸露衬底的开放区域组成时，氧解离地化学吸附到Ru。这项工作表明，吸附取决于表面空位的大小，并且当将其用作保护层时，具有无缺陷的石墨烯是重要的。
2018-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Extreme ultraviolet radiation induced defects in single-layer graphene
我们研究了极紫外（EUV）辐射在单层石墨烯中诱导的缺陷。分别研究了在石墨烯中诱导缺陷的两种机制：光子诱导的石墨烯与背景残余气体之间的化学反应，以及由于光子和/或光电子诱导的键断裂而破坏sp2键的网络。拉曼光谱表明，D峰强度增长后，EUV照射与增加水的分压在曝光室。程序升温脱附（TPD）实验证明，EUV辐射导致石墨烯表面上的水解离。由水解离引起的石墨烯的氧化由光子和/或光电子诱导的水解离触发。我们的研究表明，EUV光子裂解sp2键，形成sp3键，导致石墨烯中的缺陷。
2014-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Strains Induced by Point Defects in Graphene on a Metal
应变强烈影响低维材料的性质，例如石墨烯。通过结合原位，在operando，反射高能电子衍射实验与第一性原理计算，我们表明，大应变，超过2%，存在于石墨烯在其生长过程中，通过化学气相沉积在Ir（111）和当它受到氧蚀刻和离子轰击。我们的研究结果揭示了外延石墨烯中点缺陷和应变之间的微观关系，并提出了石墨烯纳米结构化和工程的新途径，通过引入缺陷和石墨烯及其金属衬底之间的原子和分子的嵌入。
2013-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Selective metal deposition at graphene line defects by atomic layer deposition
石墨烯中的一维缺陷对其物理性质，如电荷传输和机械强度有很大的影响。随着化学反应性的增强，这种缺陷也可以让我们选择性地功能化材料，并系统地调整石墨烯的特性。在这里，我们展示了通过原子层沉积在化学气相沉积的石墨烯的线缺陷，特别是晶界处的金属的选择性沉积。原子层沉积使我们能够沉积铂主要在石墨烯的晶界，褶皱，和裂缝，由于这些线缺陷，这是直接证实了透射电子显微镜成像的增强的化学反应。石墨烯缺陷位点的选择性功能化，连同沉积的Pt的纳米线形态，产生用于传感应用的优越平台。使用Pt-石墨烯混合结构，我们展示了高性能的氢气传感器在室温下，并显示其优于其他蒸发Pt沉积方法，其中Pt装饰石墨烯表面非选择性。
2014-10-20 cond-mat.mtrl-sci
The role of defects in the etching of graphene by intercalated oxygen
石墨烯由于其独特的电子性质和高的热稳定性而成为最有前途的各种应用的2D材料之一。在先前的研究中，已经表明，当石墨烯沉积在一些过渡金属基底上时，小分子（例如O $_2$）插层在石墨烯和基底之间，并且当加热以解吸插层物时反应以部分地蚀刻石墨烯膜。在此，有意在Gr/Ru（0001）上形成碳空位缺陷，并研究它们对氧的嵌入和石墨烯层的蚀刻的影响。使用具有低通量的50 eV Ar $^+$溅射在石墨烯覆盖层中产生孤立的单空位缺陷，并采用氦低能离子散射（LEIS）进行表面分析。研究发现，缺陷既有利于氧分子的嵌入，又提高了退火过程中石墨烯的刻蚀效率。
2018-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Unzipping graphene: Extendend defects by ion irradiation
石墨烯未来的许多应用都需要在其完美的晶格中可控地引入缺陷。高能离子提供了一种实现这一具有挑战性的目标的方法。具有100 MeV范围内的动能的单个重离子将在电介质上产生纳米尺寸的缺陷，但通常不在晶体金属表面上产生。在金属中，离子诱导的电子激发在能量转移到晶格原子之前被传导电子有效地耗散。因此，除了点缺陷的产生之外，石墨烯预计不会是辐射敏感的。在这里，我们表明，介电基板上的石墨烯维持重大修改，如果在倾斜角度下照射。由于石墨烯层中的缺陷产生和衬底中的小丘产生的组合，石墨烯沿着离子轨道分裂和折叠，产生双层纳米带。我们的研究结果表明，石墨烯器件的辐射硬度是值得怀疑的，但也开辟了一种新的方式，以可控的方式引入扩展的低维缺陷。
2010-09-24 cond-mat.mtrl-sci
A real-space study of random extended defects in solids : application to disordered Stone-Wales defects in graphene
本文提出了一种研究固体中无序扩展缺陷的第一性原理、无参数、实空间方法。我们将说明的权力的技术与随机放置的斯通-威尔士缺陷的石墨烯片的应用程序，并应检查这些随机缺陷的状态密度作为其浓度的函数的签名。该技术是一般性的，足以适用于一类系统的晶格平移对称性不仅打破本地，但扩展的缺陷和缺陷集群。实空间方法将允许我们区分特定缺陷和缺陷簇的签名。
2014-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Defects induced ferromagnetism in plasma-enabled graphene nanopetals
石墨烯的铁磁性是一个非常吸引人的研究领域，但由于其弱磁化强度，在实际应用中仍然是一个很大的挑战。为了增强磁化，在这里，我们设计了具有高达105 m/g的超长缺陷边缘、超致密晶格空位和氢化学吸附的等离子体使能石墨烯纳米片。所设计的石墨烯纳米片显示出强大的铁磁性，具有高达2 emu/g的大饱和磁化强度在5 K和1.2 emu/g在室温下。这项工作确定了等离子体使能的石墨烯纳米金属作为石墨烯基磁性器件的有前途的候选者。
2014-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Mechanisms governing phonon scattering by topological defects in graphene nanoribbons
理解石墨烯中的拓扑缺陷引起的声子散射对于石墨烯基器件中的热管理特别感兴趣。我们提出了一个研究，量化的作用，不同的机制，管理缺陷声子散射的影响，通过比较10种不同的缺陷结构，使用分子动力学。研究结果表明，声子散射主要受质量密度差的影响，总的趋势受缺陷形成能的控制，声子态密度具有典型的软化行为.声子散射截面被发现是远远大于几何占据的缺陷。我们还表明，晶格热导率可以减少由这些缺陷形成的晶界的存在下，由高达30的一个因素。
2016-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Operability timescale of defect-engineered graphene
本文通过实验和分子动力学模拟研究了低能电子辐照在石墨烯中产生缺陷的时间演化，发现缺陷在最初10小时保持最高密度，一个月后重构至稳定状态，为富缺陷石墨烯器件的可操作时间尺度及其在纳米电子学、传感和储能中的应用提供了依据。
2023-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Molecular adsorption in graphene with divacancy defects
我们从理论上研究了分子在具有双空位缺陷的石墨烯上的吸附。利用从头算密度泛函计算，我们发现O2，CO，N2，B2和H2O分子都与石墨烯层中的双空位强烈相互作用。随着分子-石墨烯键合的复杂几何形状，已经发现在CO和N2分子存在下石墨烯层的金属行为，在费米能级附近具有大的态密度，表明电导率增加。N2的吸附特别有趣，因为N原子在缺陷附近解离，并占据双空位中缺失的C原子曾经所在的位置。以这种方式，缺陷的石墨烯结构在几何上被修复，并且同时掺杂有电子状态。
2009-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Weak ferromagnetism of antiferromagnetic domains in graphene with defects
在平均场近似下，利用近藤哈密顿量研究了具有随机分布磁缺陷/空位的石墨烯的磁性.已经表明，一旦温度达到临界点$T_{N}$，具有缺陷的石墨烯经历从顺磁性到反铁磁性（AFM）相的磁性相变。考虑到作为一个指定的原因，多个成核到AFM域的缺陷离散。由于每个畴的特征在于与不同的亚晶格相关联的缺陷的部分补偿磁化，因此它们一起揭示了在磁场中的超顺磁性行为。理论定性地描述了实验数据提供的AFM畴结构的温度依赖性。
2011-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Conductivity engineering of graphene by defect formation
输运测量揭示了石墨烯的几种奇异的电子性质。从电子学应用的角度来看，通过吸附或掺杂吸附原子来影响电子结构并因此控制电导率的可能性是至关重要的。在这里，我们表明，与预期相反，石墨烯的导电性随着空位缺陷浓度的增加而增加，超过一个数量级。通过量子力学输运计算和碳纳米片的实验研究，我们获得了插入缺陷后电导率的显著增强。我们的发现归因于缺陷诱导的中间带隙态，它在空位缺陷周围产生了一个表现出金属行为的区域。通过实施稳定缺陷来改变石墨烯的导电性对于在基于石墨烯的电子器件中产生电子结至关重要。
2009-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the thermal expansion of graphene via controlled defect creation
与大多数材料相反，石墨烯表现出负的热膨胀系数（TEC），即当加热时其收缩。这种收缩是由于低能量的面外振动模式的热激发。据报道，这些弯曲模式控制着悬浮石墨烯的电子传输和机械响应。在这项工作中，我们系统地研究了悬浮石墨烯膜的TEC中的缺陷的影响。低密度单空位的受控引入使石墨烯TEC降低，对于$5\times10^{12}$ ~cm $^{-2}$的缺陷密度，降低高达一个数量级。我们的分子动力学模拟再现所观察到的趋势，并表明，TEC减少是由于单空位在其周围区域所产生的应变场引起的平面外波动的抑制。这些结果突出了缺陷在“现实生活”石墨烯特性中的关键作用，并为未来电子和机械缺陷工程的建议铺平了道路。
2016-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Point defect formation energies in graphene from diffusion quantum Monte Carlo and density functional theory
密度泛函理论（DFT）被广泛用于研究单层石墨烯中的缺陷，以期应用范围从水过滤到电子学到石墨减速器中的辐射损伤的研究。为了评估DFT在此类应用中的准确性，我们报告了扩散量子蒙特卡罗（DMC）计算单层石墨烯中一些常见和重要的点缺陷的形成能：单空位，Stone-Wales缺陷和硅取代。我们发现，标准的DFT方法低估了约1 eV的单空位形成能。对于Stone-Wales缺陷和硅替代，DFT和DMC之间的分歧较小。我们研究振动的贡献，形成这些缺陷的自由能，发现振动的影响是不可忽略的。最后，我们比较了单层石墨烯、单层硅烯和体硅的DMC原子化能，发现体硅比单层硅烯稳定得多，每个原子稳定0.7522（5）eV。
2022-05-04 cond-mat.mtrl-sci
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
Energetics and kinetics of Li intercalation in irradiated graphene scaffolds
在本研究中，我们研究了辐照-缺陷杂化石墨烯支架作为一种潜在的锂离子电池负极构建材料。指定Wigner V22缺陷作为代表，我们说明了Li原子与石墨烯支架中的辐照缺陷的相互作用。利用密度泛函理论计算研究了Li在Wigner V22缺陷附近的吸附能和扩散动力学。在缺陷处的平衡Li吸附位点被识别，并且示出在能量上优选于原始（双层）石墨烯上的吸附位点。同时确定并计算了Li在缺陷处迁移的最小能量路径和相应的能垒。我们发现，虽然缺陷显示出对石墨烯表面上的Li运动表现出一定的捕获效应，但由于与缺陷相关的层间距减小和特征对称性，它似乎有助于层间Li扩散并增强其附近的电荷容量。我们的研究结果为辐照石墨烯支架在锂离子电池中的应用提供了重要的评估。
2015-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Transport in Defective Graphene Nanoribbons
利用第一性原理计算，研究了锯齿形石墨烯纳米带中磁性点缺陷（空位和吸附原子）的影响。结构，电子和自旋输运性质进行了研究。虽然原始的丝带显示反平行自旋状态在其边缘，缺陷被发现干扰这种耦合。空位的引入大大降低了平行和反平行自旋取向之间的能量差，尽管后者仍然是有利的。此外，缺陷的局部磁矩被边缘屏蔽，使得总磁矩相当小。相反，当引入吸附原子时，平行自旋取向是优选的，并且缺陷的局部磁矩加起来为边缘的贡献。此外，在费米能级处观察到自旋极化透射，表明使用这种缺陷石墨烯纳米管作为自旋阀器件。
2008-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of Stone-Wales Defects in Metal-supported Graphene
School of Physics and Applied Physics, Southern Illinois University Carbondale（南伊利诺伊大学卡本代尔分校物理与应用物理学院）；E. S. Witchger School of Engineering, Marian University（玛丽安大学E.S.维奇特工程学院）；School of Mechanical Engineering, Southern Illinois University Carbondale（南伊利诺伊大学卡本代尔分校机械工程学院）
研究金属支撑石墨烯中斯通-威尔士缺陷稳定性，通过第一性原理密度泛函理论计算能量参数，发现其在金属支撑石墨烯上形成更有利，金属衬底影响形成能和活化能，虽恢复能降低但仍可能使缺陷稳定。
2026-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Graphene: a perfect nanoballoon
利用第一性原理密度泛函理论研究了氦原子在含缺陷的单层石墨烯中的穿透行为。由进入的氦原子引起的石墨烯层的弛豫对用于穿透的能垒的高度没有强烈的影响。对于有缺陷的石墨烯层，渗透势垒随着缺陷的尺寸呈指数下降，但它们仍然足够高，以至于需要非常大的缺陷来使石墨烯片可渗透小原子和分子。这使得石墨烯成为构建纳米笼和纳米膜的非常有前途的材料。
2008-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Chemical Functionalization of Graphene Nanoribbons by Carboxyl Groups on Stone-Wales Defects
利用密度泛函理论，我们研究了羧基对具有Stone-Wales（SW）缺陷的半导体石墨烯纳米带（GNRs）的化学功能化作用.结果表明，COOH的单吸附和双吸附均能显著提高GNRs的几何结构和电子性质，且其电导率敏感地依赖于SW缺陷COOH对（SWDCP）的轴向浓度.随着SWDCP轴向浓度的增加，体系由半导体行为向p型金属行为转变。这一事实使得GNRs成为基于石墨烯纳米带的化学传感器和纳米电子器件的可能候选者。
2007-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Stiffening graphene by controlled defect creation
石墨烯非凡的强度、刚度和轻质性使其在柔性电子产品和机械增强剂方面的应用产生了很大的期望。然而，晶格缺陷的存在下，不可避免地通过可扩展的路线获得的片材，可能会降低其机械性能。在这里，我们报告了一个系统的研究与控制缺陷密度的石墨烯的弹性模量和强度。与直觉相反，面内杨氏模量随着缺陷密度的增加而增加，几乎是空位含量约0.2%的初始值的两倍，使其成为有史以来报道的最硬的材料。对于较高的空位密度，弹性模量随缺陷夹杂而降低。杨氏模量的初始增加解释的弹性系数的依赖性与预测的2D膜的弯曲模式的动量。与此相反，根据标准断裂连续模型，断裂强度随缺陷密度而降低。这些在大气条件下测量的定量结构-性质关系具有基础和技术相关性，并为石墨烯力学代表颠覆性改进的应用提供指导。
2014-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of spin-polarization in graphene nanoribbon by edge defect and impurity
我们研究了边缘缺陷（空位）和杂质（替代掺杂剂）对锯齿形边缘石墨烯纳米带（GNRs）中自旋极化鲁棒性的影响，采用密度泛函理论计算。我们发现自旋态的稳定性和它的磁矩随缺陷或杂质浓度的增加而不断降低。该系统通常在每10埃一个边缘缺陷（杂质）的浓度下变成非磁性的。自旋抑制被证明是由减少和删除的费米能量的边缘状态。我们的分析意味着一个重要的标准GNR样品的自旋电子学应用。
2008-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Conductivity in Metal-Graphene Composites: The Role of Disordered Carbon Structures, Defects, and Impurities
本文利用从头算方法研究铝-碳复合材料中非晶石墨烯界面的电子输运，发现氮杂质影响导电性，并通过空间投影揭示传导机制。
2023-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Structural manipulation of the graphene/metal-interface with Ar+ irradiation
受控缺陷的产生是详细研究材料中无序效应的先决条件。在这里，我们用低能Ar+照射石墨烯/Ir（111）-界面来研究诱导的结构变化。结合计算机模拟和扫描探针显微镜，我们表明，所产生的无序主要体现在形式的插入金属吸附原子和空位型缺陷的石墨烯。在较高的辐照能量（从1 keV以上）下，一个突出的特征是形成线状凹陷，它由界面内离子通道产生的连续石墨烯缺陷组成-就像石头在水面上跳跃一样。较低的能量导致更简单的缺陷，低至100 eV，其中每三个缺陷中有一个以上是石墨烯单空位。
2013-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Generating Nanoporous Graphene from Point and Stone-Wales Defects: A Study with Dimensionally Restricted Molecular Dynamics (DR-MD)
本研究采用定制化维度限制分子动力学（DR-MD），探究不同空位及Stone-Wales缺陷下石墨烯的孔洞形成，证实DR-MD模拟稳定缺陷结构更优，识别出稳定孔洞构型并阐明形成机制，为纳米多孔石墨烯的可控制备提供原子级见解。
2023-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Band engineering in graphene with superlattices of substitutional defects
我们研究了氮和硼取代缺陷的石墨烯超晶格，并通过使用对称性参数和电子结构计算，我们展示了如何使用这种超晶格来修改石墨烯能带结构。具体来说，根据超晶格对称性，这里考虑的结构可以保留狄拉克锥（D_{6h}超晶格）或打开带隙（D_{3h}）。相关的能带参数（载流子有效质量，群速度和间隙，当存在时）被发现依赖于超晶格常数n为1/n^{p}，其中p是在1-2的范围内，这取决于所考虑的情况。总体而言，这里给出的结果显示了如何通过修改几个超晶格参数来在很大程度上调整石墨烯能带结构。
2011-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Tuning Penta-Graphene Electronic Properties Through Engineered Line Defects
五石墨烯是一种准二维碳同素异形体，由五角晶格组成，其中存在sp2和sp3样碳。与石墨烯不同，penta-graphene具有非零的带隙，这为其在光电应用中的应用开辟了可能性。然而，由于观察到的带隙是大的，需要间隙调整策略，如掺杂。在这项工作中，密度泛函理论计算被用来确定不同数量的替代氮或硅原子的线缺陷的五石墨烯的电子行为的影响。我们的研究结果表明，这种掺杂可以诱导半导体，半金属，或金属的行为取决于掺杂原子和有针对性的杂交（sp2或$sp3样碳）。特别是，我们观察到，sp2类碳原子的氮掺杂可以产生半金属和半导体行为之间的带隙调制。这些结果表明，工程线缺陷可以是一种有效的方式来调整penta-graphene电子行为。
2020-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Strong long-range relaxations of structural defects in graphene simulated using a new semi-empirical potential
我们提出了一个新的半经验潜力的石墨烯，其中还包括一个平面外的能量项。这种新的势是从密度泛函理论（DFT）计算的小数目的原子，并可以用于数百万原子的配置。我们的模拟表明，典型的缺陷，如石威尔士（SW）缺陷所造成的屈曲延伸到数百纳米。令人惊讶的是，这种长程弛豫显著降低了缺陷形成能-通过$2$或$3$的因子-这意味着先前公布的DFT计算的缺陷形成能遭受大的系统误差。我们还显示了其他长程缺陷，包括线位错和晶界，所有这些都表现出明显的面外弛豫的新的潜力的适用性。我们表明，作为位错分离的函数的能量发散的平面石墨烯，但收敛到一个常数的独立的屈曲石墨烯。其中原子被吸引到2D平面的势恢复能量的对数行为。未来采用这种潜力的模拟将阐明典型的长程屈曲和波纹对石墨烯物理性质的影响。
2015-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Free energy landscape of dissociative adsorption of methane on ideal and defected graphene from ab initio simulations
我们研究了甲烷在石墨烯表面的解离吸附。自由能分布，其中包括不同步骤的反应的活化能，计算从约束从头分子动力学。在300 K时，反应势垒远低于实验测得的气态甲烷的键离解能，表明石墨烯表面对甲烷的分解起催化作用.另一方面，势垒仍然比镍表面高得多。因此，甲烷解离在镍上以比在石墨烯上更高的速率发生。该反应是从前体气体生长石墨烯的先决条件。因此，第一单层的生长应该是快速和有效的过程，而随后的层以减小的速率和更可控的方式生长。缺陷也可能影响反应能量学。这是显而易见的，从我们的结果，其中简单的缺陷（斯通-威尔士缺陷和氮取代）导致不同的自由能景观在解离和吸附的过程中的步骤。
2018-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Following the Long-Term Evolution of sp$^3$-type Defects in Tritiated Graphene using Raman Spectroscopy
Tritium Laboratory Karlsruhe (TLK), Institute for Astroparticle Physics (IAP), Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄氚实验室、亚原子物理研究所、卡尔斯鲁厄理工学院）；Departamento de Química Física Aplicada, Universidad Autónoma de Madrid（应用物理化学系、马德里自治大学）
通过拉曼光谱研究氚化石墨中sp³型缺陷的长期演化，发现缺陷几乎完全消失，远超氚衰变的预期减少率。
2026-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Fermi Level Tuning of Epitaxial Sb2Te3 Thin Films on Graphene by Regulating Intrinsic Defects and Substrate Transfer Doping
采用分子束外延技术在石墨烯衬底上制备了高质量的Sb 2 Te 3薄膜，并利用原位扫描隧道显微镜/光谱仪对薄膜进行了研究。与第一性原理计算一致，确定了Sb 2 Te 3的本征缺陷是Sb空位和SbTe反位.通过最小化缺陷密度，再加上石墨烯衬底的转移掺杂，可以在体带隙的整个范围内调谐Sb 2 Te 3薄膜的费米能级。这为研究拓扑绝缘体在Dirac点附近的行为提供了必要条件。
2011-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Defect Engineering: Graphene Gets Designer Defects
一个扩展的一维缺陷，有可能作为一个导电线已被嵌入在另一个完美的石墨烯片。
2010-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nano-Engineering Defect Structures on Graphene
我们提出了一种新的方法，纳米工程石墨烯使用缺陷域。这些区域具有不同于通常的蜂窝晶格的环状结构，尽管每个碳原子仍然有三个最近的邻居。利用密度泛函理论（DFT）确定了一组稳定的畴结构，包括水泡、脊、带和亚晶。所有这些结构都是由碳组成的，最小的只有16个原子。气泡、隆起和变晶从薄片中升起，而带状物保持平坦。在空位附近，形成的反应势垒足够低，这样的缺陷可以通过热激活重组的聚结吸附原子合成。
2008-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Depressions by stacking faults in nanorippled graphene on metals
在二维材料中已经观察到各种各样的缺陷。这些缺陷中的许多缺陷可以通过自上而下的方法（例如电子辐照或化学蚀刻）产生，而其中一些缺陷是沿着自下而上的工艺产生的，特别是在材料的生长期间，在这种情况下，避免它们的形成可能具有挑战性。这发生在例如石墨烯中的位错、Stone-Wales缺陷或原子空位。在这里，我们解决了自2007年以来在Ru（0001）和Re（0001）等金属表面上的外延石墨烯中反复观察到的缺陷，但其性质迄今为止仍然难以捉摸。该缺陷在石墨烯的周期性纳米波纹形貌中具有空丘的外观，其与莫尔图案一起出现。基于原子模拟和扫描隧道显微镜/光谱测量，我们认为，这样的缺陷是拓扑的性质，其核心是一个堆垛层错补丁，无论是在石墨烯，由非六边形碳环包围，或在底层金属。我们讨论了这些缺陷的可能来源与最近的报道，形成亚稳多环碳分子石墨烯生长。与其他缺陷一样，从生产高质量石墨烯的角度来看，空丘可以被认为是有害的。然而，如果它们可以在石墨烯中组织，它们可能会允许设计新的光学，自旋或电子特性。
2020-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Stone-Wales defects on the thermal conductivity of graphene
采用形变势方法研究了石墨烯中Stone-Wales（SW）缺陷引起的应变场对声子的散射问题。在玻恩近似下得到了声子-SW散射的声子平均自由程的显式表达式。平均自由程表现出特定的$q$依赖性，在低波矢下变化为$q^{-3}$，在大的$q$下取恒定值。在考虑三声子umklapp散射、SW散射和粗糙边散射的情况下，计算了石墨烯纳米带的热导率。由于SW缺陷的热导率显着下降，而在室温和以上的声子-声子umklapp散射成为主导，在低温下被发现。与空位缺陷情况的比较表明，它们在较宽的温度范围内对GNRs热导率的降低起着更重要的作用。
2015-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Taxonomy of defects in semi-dry transferred CVD graphene
本文通过半干法转移CVD石墨烯并保留铜衬底进行位置对应表征，揭示了裂纹、褶皱、孔洞和撕裂等转移后缺陷的来源，为优化石墨烯生长与转移工艺提供指导。
2025-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Point Defects in Twisted Bilayer Graphene: A Density Functional Theory Study
我们采用从头计算密度泛函理论，结合范德华修正，研究扭曲双层石墨烯（TBLG）的斯通-威尔士缺陷或单空位中的一个层。我们将这些结果与单层石墨烯或Bernal堆叠石墨烯中的缺陷进行比较。缺陷形成的能量学对层的堆叠或产生缺陷的特定位置不是非常敏感，这表明层间耦合较弱。然而，层间耦合的特征清楚地表现在电子能带结构中。对于TBLG中的“$γγ$“Stone Wales缺陷，我们观察到两个在动量空间和能量上都发生位移的Dirac锥。这种能量的上/下移是由两个石墨烯层之间的电荷转移和层之间的化学相互作用的组合效应引起的，其模拟了横向电场的效应。电荷密度图表明，狄拉克点附近的状态有显着的混合物之间的两个层。对于石威尔士在TBLG的其他网站的缺陷，这种基本结构的修改，在能源交叉点的迷你差距的创建。对于单空位，原始层的狄拉克锥在能量上移动$\sim0.25$ eV，这是由于具有不同数量的电子、电荷转移和化学相互作用的两个层之间的费米能量平衡的要求的组合。这两种缺陷都增加了费米能级的态密度。单空位还导致自旋极化，缺陷上的磁矩为1.2 - 1.8 $μ_B$。
2014-05-08 cond-mat.mtrl-sci
First principle study of the thermal conductance in graphene nanoribbon with vacancy and substitutional silicon defect
采用非平衡格林函数（NEGF）方法，结合局域密度近似下的密度泛函理论第一性原理计算，研究了含空位和硅点缺陷（Si原子取代C原子）的石墨烯纳米材料的热导率.针对{ \it ab initio}方法的长程性质与NEGF方法的第一近邻性质之间的矛盾，提出了一种有效的力常数矩阵修正方法.在具有空位缺陷的纳米晶体中，热导率对空位缺陷的位置非常敏感。位于纳米晶中心的空位缺陷产生鞍状表面，通过对所有声子模式的强散射大大降低了热导率;而边缘空位缺陷仅导致边缘的进一步重构并略微降低热导率。对于Si缺陷，缺陷的位置对热导率的值不起作用，因为缺陷区域被限制在缺陷中心周围的狭窄区域内。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
A Defective Graphene Phase Predicted to be a Room Temperature Ferromagnetic Semiconductor
理论计算，基于混合交换密度泛函理论，被用来表明，在石墨烯的周期性阵列的缺陷产生铁磁基态在室温下意外大的缺陷分离。这是证明的缺陷，包括一个碳空位，其中两个悬挂键饱和与H原子。的磁耦合机制进行了分析，发现是由于在$π$电子系统相对于一个远程自旋极化的不稳定性，其特征在于在相邻的碳原子之间的自旋方向交替。$π$键的破坏在费米边缘打开了一个半导体间隙。能隙的大小和磁耦合强度是缺陷分离的强函数，因此可以通过改变缺陷浓度来控制。半导体的能隙和电子有效质量的位置是强烈的自旋依赖性，这是预期的结果在自旋不对称的输运性质的系统。因此，有缺陷的石墨烯片是一种非常有前途的材料，具有用于定制未来自旋电子器件特性的内置机制。
2008-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Structure, stability and defects of single layer h-BN in comparison to graphene
我们通过分子动力学研究了单层h-BN的结构特性，并与石墨烯进行了比较。我们表明，Tersoff键序潜力开发BN的Albe，Moller和Heinig给出了一个热稳定的六方单层的弯曲常数κ = 0.54 eV，在T = 0。我们发现，晶格参数的非单调行为，原子间距离的膨胀和弯曲刚度随温度的增长是定性类似的石墨烯。相反，点缺陷的能量是非常不同的：而不是斯通威尔士缺陷，在h-BN中的两个最低能量的缺陷涉及一个断裂的键或一个N原子的平面外位移，形成一个四面体与三个B原子在平面上。我们提供的形成能和估计的能量障碍。
2013-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Non-hexagonal-ring defects and structures induced by strain in graphene and in functionalized graphene
我们执行{ \textit从头计算}的应变诱导形成的非六方环缺陷的石墨烯，石墨烷（平面CH），和石墨烯酚（平面COH）。我们发现，最简单的这种拓扑缺陷，斯通-威尔士缺陷，作为种子的应变诱导的解离和倍增的拓扑缺陷。通过应用非均匀变形的石墨烯，graphane和graphenol与最初的小浓度的五边形和七边形环，我们得到了几个新的稳定的结构，拥有，在同一时间，大浓度的非六边形环（从四倍到十一倍）和小的形成能。
2012-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of layer number and layer stacking registry on the formation and quantification of defects in graphene
石墨烯样品中缺陷的正确定量对于基础研究和应用研究都是至关重要的。拉曼光谱代表了用于识别石墨烯中缺陷的最广泛使用的工具。然而，尽管其极其重要的拉曼特征和多层石墨烯样品中的缺陷量之间的关系尚未得到实验验证。在这项研究中，我们有意制造缺陷的单层石墨烯，乱层双层石墨烯和Bernal堆叠的双层石墨烯的氧等离子体。通过同位素标记，我们的研究揭示了等离子体处理对具有不同堆叠顺序的双层石墨烯中的各个层的影响的实质性差异。此外，拉曼光谱证据散射的声子在底层的缺陷在顶层的Bernal堆叠的样品，这通常会导致高估的缺陷的数量多达两倍。
2021-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structures of Graphene Layers on Metal Foil: Effect of Point Defects
在这里，我们报告了一种简便的方法来产生一个高密度的点缺陷在金属箔上的石墨烯，并显示点缺陷如何影响石墨烯层的电子结构。我们的扫描隧道显微镜（STM）的测量，辅以第一性原理计算，揭示了点缺陷的结果在两个谷间和谷内的石墨烯散射。由于散射的增强，缺陷附近区域的费米速度降低。此外，我们的分析进一步指出，周期性点缺陷可以通过引入显著的带隙来定制石墨烯的电子特性，这为全石墨烯电子学开辟了一条道路。
2013-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Midgap states and band gap modification in defective graphene/h-BN heterostructures
采用从头算和模型计算相结合的方法研究了石墨烯和六方氮化硼（h-BN）构成的范德华异质结构中缺陷的作用。尽管层之间的弱范德华相互作用，但存在于h-BN中的缺陷，例如碳杂质和反位缺陷，揭示了与石墨烯p $_{\rm z}$态的杂化，导致中间带隙态的形成。诱导的中间带隙状态修改石墨烯的输运性质，并可以通过一个简单有效的紧束缚模型再现。与碳缺陷相反，发现氧缺陷不与石墨烯的低能态强烈杂交。相反，氧极大地改变了石墨烯的带隙，石墨烯在h-BN晶格上以相称的堆叠出现。
2016-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Making Consistent Contacts to Graphene: Effect of Architecture and Growth Induced Defects
研究了接触结构、石墨烯缺陷密度和金属-半导体功函数差对金属-石墨烯接触电阻率的影响。发现在石墨烯底部具有金属的架构产生比石墨烯顶部的金属低4倍且最一致的折射率。发现石墨烯膜中的生长缺陷进一步将电阻率降低2倍。使用方法和所用金属的组合，使用钯作为接触金属，石墨烯的接触电阻率已经降低了10倍至1200 ± 250欧姆-μ m。虽然改进的一致性是由于金属能够接触底部架构上的金属中的未污染的石墨烯，但是在具有相同金属的有缺陷的石墨烯上观察到的较低的接触电阻率归因于沟道中量子传输模式的数量增加。
2016-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A comparative study of density functional and density functional tight binding calculations of defects in graphene
密度泛函紧束缚方法（DFTB）非常适合于研究石墨烯基体系中的点缺陷和线缺陷。在简要回顾使用DFTB在这方面，我们提出了一个比较研究的缺陷结构，能量和动力学之间的DFTB的结果使用DFTB+代码，密度泛函结果使用局部高斯轨道代码，AIMPRO。DFTB精确地再现了一系列点缺陷结构的结构和能量，例如石墨烯中的空位和Stone-Wales缺陷，以及各种未官能化和羟基化的石墨烯片边缘。迁移障碍的空缺和斯通-威尔士缺陷形成障碍准确地再现使用轻推弹性带的方法。最后，我们探讨了使用DFTB的动态缺陷模拟的潜力，作为一个例子，在石墨烯的电子辐照损伤。
2012-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interplay between Nitrogen Dopants and Native Point Defects in Graphene
为了理解氮掺杂与石墨烯中本征点缺陷之间的相互作用，我们通过密度泛函理论计算研究了含空位和Stone-Wales（SW）缺陷的氮掺杂石墨烯的能量稳定性.我们的研究结果表明，N取代积极地倾向于发生在缺陷附近的碳原子，特别是那些网站具有较大的键缩短，表明缺陷引起的应变起着重要的作用，在有缺陷的石墨烯中的N掺杂剂的稳定性。在单空位的存在下，N掺杂剂的最稳定的位置是类吡啶配置，而对于其他点缺陷的研究（SW缺陷和双空位）N更喜欢在五边形环的网站。原生点缺陷对N掺杂剂的影响相当强：虽然N掺杂在无缺陷的石墨烯中是吸热的，但对于有缺陷的石墨烯，它变成放热的。我们的结果表明，本征点缺陷和N掺杂剂相互吸引，即，合作效应，这意味着替代N掺杂剂将增加点缺陷产生的概率，反之亦然。我们的研究结果支持最近的实验研究石墨烯的N掺杂。此外，我们指出了聚集的多个N掺杂剂附近的原生点缺陷的可能性。最后，我们对Fe吸附对N掺杂剂聚集稳定性的影响作了简要的评论。
2012-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic and magnetic properties of point defects in polyaniline (C3N) and graphene monolayers: A comparative study
新合成的二维聚苯胺（C3 N）在结构上类似于石墨烯，并具有有趣的电子，磁性，光学和热性能。石墨烯中的点缺陷引起有趣的功能，如磁化在全碳材料的事实的动机，我们进行密度泛函理论计算，调查空缺和斯通-威尔士型点缺陷单层C3 N。我们比较和对比这些缺陷的结构，电子和磁性与那些在石墨烯。虽然C3 N的单空位和Stone-Wales缺陷导致类似于石墨烯中的重构，但双空位显示出不同的几何特征。与石墨烯不同的是，由于化学计量比的改变，C3 N中的所有空位都具有金属特征，那些具有低配位原子的空位具有有限的磁矩。我们进一步研究的鲁棒性的重建结构和磁矩的变化，通过施加拉伸和压缩双轴应变。我们发现，有限的带隙的优势，点缺陷在C3 N是合格的作为未来的自旋电子学应用的良好候选人。
2020-05-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spin-half paramagnetism in graphene induced by point defects
使用磁化测量，我们表明，在石墨烯的点缺陷-氟吸附原子和辐照缺陷（空位）-进行磁矩与自旋1/2。这两种类型的缺陷导致显着的顺磁性，但没有磁有序可以检测到液氦温度。诱导顺磁性主导了石墨烯的低温磁性，尽管我们可以实现的最大响应被限制在每大约1000个碳原子一个时刻。这种限制可以通过吸附原子的聚集来解释，并且对于空位的情况，通过失去石墨烯的结构稳定性来解释。
2012-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defective graphene as promising anode material for Na-ion battery and Ca-ion battery
我们研究了Na和Ca在具有双空位（DV）和Stone-Wales（SW）缺陷的石墨烯上的吸附。我们的研究结果表明，吸附是不可能的原始石墨烯。然而，它们在有缺陷的片材上的吸附在能量上是有利的。增强的吸附可以归因于吸附原子和下面的缺陷片之间的电荷转移增加。随着缺陷密度的增加直到某个可能的极限，最大吸附百分比也增加，从而得到更高的电池容量。对于最大可能的DV缺陷，我们可以实现Na离子电池（NIB）的1459 mAh/g和Ca离子电池（CIB）的2900 mAh/g的最大容量。对于完全SW缺陷的石墨烯，我们发现NIB和CIB的最大容量分别为1071 mAh/g和2142 mAh/g。我们的研究结果将有助于为NIB和CIB创造更好的阳极材料，具有更高的容量和更好的循环性能。
2013-09-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Defect-mediated spin relaxation and dephasing in graphene
开发石墨烯用于未来器件的主要动机是其对量子自旋电子学的承诺。超精细和自旋轨道相互作用预计在单层石墨烯中可以忽略不计。另一方面，自旋输运实验表明，石墨烯的自旋弛豫比预期快了几个数量级。我们提出了一种量子干涉测量，解开石墨烯中的磁性和非磁性退相干的来源。磁缺陷被证明是自旋弛豫的主要原因，而自旋轨道相互作用是不可检测的小。
2012-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lattice thermal conductivity of graphene with conventionally isotopic defects
研究了有限尺寸掺杂石墨烯片的热导率，重点研究了取代原子质量对热导率的影响。它表明，石墨烯掺杂的相对较重的原子的小浓度的结果在一个不成比例的令人印象深刻的下降晶格热导率。
2012-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
