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
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
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
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
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
Strong covalent bonding between two graphene layers
我们表明，两个石墨烯层直接堆叠在彼此的顶部（AA堆叠）形成强化学键时，平面之间的距离为0.156 nm。同时，C-C面内键从部分双键（0.141 nm）显著减弱为单键（0.154 nm）。石墨烯双层的这种多晶型形式是亚稳定的。在较大的间隔（0.335 nm）处通过范德华力结合的一个，活化能为0.16 eV/电池。类似于在六癸烷中发现的结构，C以混合90^{0}和120^{0}角的几何形状形成四个单键。层之间的中间分离可以在外部各向异性应力下稳定，显示出丰富的电子结构从范德华距离的半金属，到压缩时的金属，再到亚稳定最小值的宽带隙半导体。
2007-07-31 cond-mat.mtrl-sci
$π$-bonding-dominated energy gaps in graphene oxides
采用第一性原理计算方法研究了氧浓度从1%到5 0%的氧化石墨烯的化学键。能隙主要由C-C、O-O和C-O键轨道杂化的竞争决定。它们对氧浓度和分布的变化非常敏感。从完全吸附到吸附消失的变化过程中，存在五种类型的$π$键，即完全终止键、部分抑制键、一维键、变形平面键和良好键。它们可以解释有限和无间隙特性，分别对应于$>$ 25\%和$<$ 3\%的O-浓度。这些特征丰富的化学键控制着能带结构和态密度，导致了不同的电子性质。
2015-12-29 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
Molecular junctions for thermal transport between graphene nanoribbons: covalent bonding vs. interdigitated chains
基于石墨烯片晶或其他导热纳米颗粒之间接触处的分子结的适当设计和制造热桥将提供一种迷人的方式来产生用于热管理应用的高效传热网络。在这项工作中，使用非平衡分子动力学，我们计算了烷基链用作两个石墨烯纳米带之间的分子结的热导率，无论是作为共价键合和范德华交叉链。系统地研究了链长、接枝密度、接枝温度和链叉指效应对接枝率的影响。一个明确的减少的电导率被发现随着链长的增加和接枝密度的降低，而较低的电导率观察到范德华叉指链相比，共价结合的。通过计算单链和未官能化的石墨烯片的重叠之间的电导等效性，进一步证明了分子结在增强石墨烯纳米带接触处的热导中的重要性。作为一个例子，发现一个单一的戊基共价键合链具有与对应于约152个碳原子的区域的重叠相等的电导。这些结果有助于理解导热纳米颗粒网络内发生的热现象，包括石墨烯纳米纸和石墨烯基聚合物纳米复合材料，这些纳米复合材料对于电子产品中的热管理应用以及通常在低温热交换和回收中具有很高的兴趣。
2017-10-26 cond-mat.mtrl-sci
New Approach to Determine the Quality of Graphene
氧化石墨烯的还原是制备大量石墨烯最简单的方法之一，氧化石墨烯的还原速率直接关系到石墨烯的质量和应用前景。还原速率通常通过使用各种光谱测量法如拉曼光谱法、傅里叶变换红外光谱法和X射线光电子能谱学法来确定。通过研究氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（RGO）的磁矩与化学键合状态之间的密切关系，提出利用磁性数据来判断氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（RGO）的质量。我们的实验结果和以前的理论研究表明，羟基功能团的GO主要贡献朗之万顺磁性，羧基功能团的RGO 1作为源的泡利顺磁性，和SP2键状态的RGO 2起着主要作用的抗磁性。特别是在大规模生产方面，磁性数据对于分解石墨烯类样品中的化学键电子态和判断其质量非常有用。
2017-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Large and Flat Graphene Flakes Produced by Epoxy Bonding and Reverse Exfoliation of Highly Oriented Pyrolitic Graphite
我们提出了一种制造方法，该方法基于高度取向的热解石墨（HOPG）的厚样品的衬底结合，生产具有几层到单层的大而平的石墨烯薄片，然后将其受控剥离到几个到单个石墨烯原子层。由于石墨底层在剥离过程中紧密结合到基底上，因此获得的石墨烯薄片非常大且平坦，并且存在非常少的折叠和褶皱。横向尺寸为数十微米宽的单层石墨烯片的高出现率通过互补探针进行评估，所述互补探针包括空间分辨显微拉曼光谱、原子力显微镜和静电力显微镜。这种多用途的方法开辟了在任何基底上沉积石墨烯的方法，包括柔性基底。
2008-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tetrahedral Bonding in Twisted Bilayer Graphene by Carbon Intercalation
基于量子化学从头计算方法，我们研究了碳对扭曲双层石墨烯的插层效应。令人惊讶的是，我们发现，当插入剂放置在两层之间的某些区域时，会将两层中的原子拉得更近，并且该过程在能量上也是有利的。这是因为在超晶胞的这些区域中，局部环境允许嵌入物与层中最近的原子形成四面体键合。用碳嵌入AB-或AA-双层石墨烯不会产生这种效应;因此，这种非平凡效应的起源是使用碳作为嵌入剂和使用扭曲的双层石墨烯作为主体。这为操纵双层和多层范德华异质结构并以非常规方式调整其特性开辟了新的途径。
2016-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Twisted bilayer graphene fabricated by direct bonding in a high vacuum
扭曲双层石墨烯（Twistedbilayergraphene，TBG）是由两个单层石墨烯以面内旋转角度堆叠而成的，由于其独特的电子结构而成为近年来的研究热点。TBG通常在空气中通过机械剥离和转移石墨烯薄片的撕裂和堆叠方法产生，通过该方法难以获得相当大的毫米级面积和重要的层间清洁界面。在这项研究中，我们解决了这些问题，通过直接转移的CVD生长的石墨烯在SiC衬底上剥离到石墨烯在高真空中，而不使用任何转移辅助介质和观察到的电子带调制由于强烈的层间耦合。
2020-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Design monolayer iodinenes based on halogen bond and tiling theory
本文首次揭示卤键在二维碘单层中的关键作用，结合非边对边铺砌理论与M06-L从头算方法，自下而上设计出多种稳定碘烯结构，并发现其具有平带、非平庸拓扑和优异光学性质。
2023-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Spatial corrugation and bonding of single layer graphene on Rh(111)
在Rh（111）表面上外延单层石墨烯的形貌扫描隧道显微镜（STM）图像显示，大规模地产生扩展的单晶石墨烯畴而没有任何缺陷。高分辨率成像显示，由Rh（111）衬底和石墨烯之间的晶格失配引起的莫尔结构是高度波纹状的，与先前报道的Ir（111）上的石墨烯或Ru（0001）上的石墨烯相比，莫尔超晶胞中包含额外的空间调制区域。对应于莫尔结构的“桥”区域的这些区域在STM图像中表现为凹陷，表明石墨烯层和金属基底之间的强轨道杂化。价带光电发射证实了石墨烯和Rh（111）之间的强杂化，这导致石墨烯层的显著的非晶化。我们的研究结果强调了在石墨烯基纳米级系统的设计中考虑外延生长的石墨烯层中的衬底效应的重要性。
2010-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unified Bonding Entropy Model for Kekulé Graphene Nanoflakes
School of Physics and Optoelectronics, South China University of Technology（华南理工大学物理与光电工程学院）
本文提出统一键合熵模型，发现Kekulé石墨烯纳米片开壳层稳定的新机制，为筛选开壳层碳纳米结构及设计可调分子自旋提供了新途径。
2026-08-25 cond-mat.mtrl-sci
General approach to the understanding the electronic structure of graphene on metals
本文介绍了理解金属上石墨烯的成键机制和电子结构之间联系的一般方法。为了证明其有效性，考虑了Al（111）和Ni（111）上的“弱”和“强”键合石墨烯的两种极限情况，其中Dirac锥分别被保留或完全破坏。此外，电子结构，i。e.掺杂水平、杂化效应以及在中间体系石墨烯/Cu（111）的狄拉克点处的间隙形成在所提出的方法的框架中被充分理解。本工作总结了石墨烯/金属体系中键合强度和价带修饰之间的联系，为有效控制费米能级附近的石墨烯电子态奠定了基础。
2014-05-11 cond-mat.mtrl-sci
A unified bonding entropy model to determine magnetic properties in graphene nanoflakes
本研究提出统一键合熵模型（BEM），在统计框架下定量表征石墨烯纳米片的磁性质，解释非凯库勒与凯库勒型体系的磁性起源，预测结果与密度泛函理论计算高度吻合，为碳基可调磁性材料设计提供通用指导原则。
2025-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Analytical model for the remote epitaxial potential
本研究提出一种基于Morse原子间势的远程外延势解析模型，纳入间距增大与载流子屏蔽效应，揭示了势强度的调控规律与影响因素，为远程外延势的测量与机制研究提供了框架和方向。
2025-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Graphene morphology regulated by nanowires patterned in parallel on a substrate surface
利用能量最小化方法，定量地确定了由在衬底表面上平行图案化的纳米线调节的石墨烯形态。所示的调控石墨烯形态是由纳米线直径，纳米线间距和石墨烯和下面的纳米线和基板之间的界面结合能。我们展示了两个代表性的调控石墨烯形态，并确定了纳米线间距，纳米线直径和界面结合能的临界值，在这两个代表性的形态之间的石墨烯开关。有趣的是，我们确定了一个经验公式，该公式将临界纳米线间距、临界界面结合能和纳米线直径关联起来，与全尺寸模拟结果非常一致。本研究的结果提供了纳米结构设计的指导方针，以实现所需的石墨烯形态，通过调节与接近石墨烯的原子特征尺寸的分辨率。
2011-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface engineering of graphene nanosheet reinforced ZrB$_2$ composites by tuning surface contacts
异相界面的机械性能对于石墨烯增强复合材料的行为至关重要。本文采用密度泛函理论系统地研究了ZrB $_2$基体与石墨烯纳米片之间的异质界面的结构、粘附、劈裂和滑动，并与已有的实验数据进行了比较。我们证明了ZrB $_2$基质材料的表面化学性质在很大程度上塑造了界面结构（Zr-C-Zr或B-C-B型）和界面相互作用的性质。Zr-C-Zr界面呈现强的化学键合，并且它们对机械应力的响应显著地受石墨烯纳米化的影响。相反，通过相对弱的$π$ - $π$堆叠相互作用的B-C-B界面显示出类似于2D材料异质结构的属性。我们的理论研究结果提供了深入了解石墨烯/陶瓷复合材料的界面结合机制，并强调其设计的前景，通过界面工程使表面接触。
2019-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Tunability of Magnetic Anisotropy of Co on Two-Dimensional Materials by Tetrahedral Bonding
本文通过预测Co在h-BN和石墨烯上的磁化重取向，发现界面处sp$^3$与d轨道形成的四面体键合是调控磁各向异性的关键机制，为二维材料磁性调控提供了新途径。
2019-01-11 cond-mat.mtrl-sci
First principles study of the graphene/Ru(0001) interface
对通常含有残余碳杂质的Ru金属进行退火提供了一种在宏观尺度上在Ru（0001）上生长石墨烯的简便方法。石墨烯/Ru（0001）界面的两个超结构的周期分别为3.0 nm和2.7 nm，先前已经通过扫描隧道显微镜观察到。使用第一性原理密度泛函理论，我们优化了所观察到的超结构，并发现两种超结构的Ru原子顶部的C原子的界面C-Ru键合，这导致石墨烯片屈曲并在石墨烯片内形成高度约1.7 A的周期性隆起。石墨烯片的平坦区域（其在顶部Ru层上方2.2-2.3 A并且具有占据顶部位点的更多C原子）与衬底的相互作用比驼峰区域更强。我们发现，3.0纳米的超结构比2.7纳米的超结构的界面粘附力强得多，这表明前者是结晶更稳定的相。我们解释了3.0纳米超结构的稳定性之间的相互作用C-Ru键和晶格匹配。
2009-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Band dispersion in the deep 1s core level of graphene
在分子和固体中的化学键产生于价电子波函数的重叠，分别形成扩展的分子轨道和分散的布洛赫态。另一方面，具有高结合能的芯电子被局域化到它们各自的原子，并且它们的波函数不显著重叠。在这里，我们报告的观察带形成和相当大的分散（高达60毫电子伏）的$1s$核心水平的碳原子形成石墨烯，尽管高C $1s$结合能的$\approx$ 284 eV。由于杨氏双缝干涉效应，对于给定的光电发射几何形状，只观察到成键态或反键态。
2010-01-27 cond-mat.mes-hall 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
Charge transfer and weak bonding between molecular oxygen and graphene zigzag edges at low temperatures
电子顺磁共振（EPR）研究空气物理吸附的缺陷碳纳米洋葱的证据有利于微波辅助形成弱结合的顺磁复合物，包括带负电荷的O2-离子和携带π电子自旋的边缘碳原子。这些位于石墨烯边缘上的复合物在低温下是稳定的，但在高于50-60 K的温度下不可逆地解离。这些EPR的发现是合理的密度泛函理论（DFT）的计算表明，从石墨烯类材料的锯齿形边缘的电子转移到物理吸附在石墨烯片边缘的氧分子。这种电荷转移导致吸附的氧分子的自旋状态从S = 1变为S = 1/2。DFT计算显示氧分子的吸附能的显著变化和电荷转移对石墨烯类基底形态（平坦的和波纹状的单层和双层石墨烯）的变化以及边缘钝化的鲁棒性。H-和COOH-封端的边缘碳位点的存在与这种波纹状基板形态允许形成ZE-O2-顺磁性复合物，其特征在于小（<50 meV）的结合能，也解释了它们的不可逆解离，如EPR所揭示的。
2016-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Decoupling Graphene from SiC(0001) via Oxidation
当在SiC（0001）上形成外延石墨烯层时，第一碳层（称为“缓冲层”）虽然相对容易合成，但不具有石墨烯的期望的电性质。导电性差是由于通过共价键合到SiC衬底的石墨烯π带的破坏。在这里，我们表明，它是可能的恢复石墨烯π带通过使用低温，CMOS兼容的过程中，不损坏石墨烯层的缓冲层和SiC衬底之间插入一个薄的氧化物层。
2010-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Gold in graphene: in-plane adsorption and diffusion
利用密度泛函理论研究了Au在石墨烯空位中的成键和扩散。能量学表明，Au优选地吸附到双空位，稳定地与石墨烯共面。双空位Au复合物的扩散势垒均在4eV以上，而大空位Au复合物的扩散势垒均在2eV以下。我们的研究结果支持了最近实验的主要结果[GAN等人，Small 4，587（2008）]，但表明观察到的扩散机制不是热激活的，而是辐射增强的。
2008-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Peculiar bonding associated with atomic doping and hidden honeycombs in borophene
工程原子级结构允许先进技术的物理性质和化学过程的巨大操纵。通过第一性原理计算，我们发现硼片中位于蜂窝中心的B原子，作为几乎完美的电子给体，填充石墨$σ$成键状态，而不形成额外的面内键.由于中心原子周围的弱键合而产生的稀电子密度分布提供了更容易的原子尺度工程，并且通过面内应变高度可调，这对于实际应用很有希望，例如调制超过石墨烯中报道值的极高热导率。隐藏的蜂窝键合结构表明了一个不寻常的能量序列的核心电子，已被我们的高分辨率核心水平光电子能谱学测量验证。实验和理论证据表明，硼化物具有独特的成键结构，在二维材料中是与众不同的。
2018-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Assessment of approaches for dispersive forces employing graphone as a case study
我们已经研究了两个交换层系统，（i）独立的部分氢化石墨烯（graphone），（ii）在镍（111）表面上的graphone，以评估各种基于密度泛函理论的计算方案，包括范德华力。各种范德华力的方法已被采用范围从半经验力场的修正Grimme，通过非本地的范德华力密度泛函，泛函涉及确切的交换和随机相位近似的相关性。通常，所有计算方案导致氢层物理吸附和化学吸附到石墨烯的类似定性图片。最大的差异出现的方法之间的能量的调查系统。我们的研究揭示了石墨烯在真空和金属表面附近氢化的物理机制。特别地，揭示了氢原子的吸附影响石墨烯与Ni（111）表面之间的键合的性质，从弱到强的半共价键合。另一方面，事实证明，在金属表面的存在下，氢层对石墨烯的吸附更强。
2020-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Atomic adsorption on graphene with a single vacancy: systematic DFT study through the Periodic Table of Elements
石墨烯中的空位提供了改变化学反应性的位点，并打开了通过缺陷工程调整石墨烯性质的可能性。了解这些缺陷的化学反应性对于在先进技术中成功实施碳材料至关重要。我们报告了一个系统的DFT研究的原子吸附在石墨烯上的元素周期表（PTE）的第1至6行的元素，不包括镧系元素的单空位的结果。计算使用PBE，长程色散相互作用校正的PBE（PBE+D2和PBE+D3）和非本地vdW-DF 2功能。我们发现，大多数元素强烈绑定到空位，除了第11和12族的元素，和稀有气体，其中的色散相互作用的贡献是最显着的。与空位的相互作用的强度与元素在其稳定相中的结合能相关：结合能越高，可以预期与空位的结合越强。由于大多数原子可以被困在SV网站，我们已经计算了溶解的潜力，发现在大多数情况下，吸附在空位的金属是更“贵”比他们在相应的稳定相。
2017-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Graphene physics and insulator-metal transition in compressed hydrogen
压缩的氢气穿过一系列的分层结构，其中这些层可以被视为扭曲的石墨烯片。这些层状结构的电子结构可以通过研究简单的模型系统来理解-一个理想的单氢石墨烯片和由这种片组成的三维模型晶格。能量稳定的结构由模型石墨烯基系统的结构畸变引起，所述结构畸变归因于朝向Peierls的电子不稳定性或与带隙的打开相关联的其他畸变。两个因素在压缩氢的金属化中起关键作用：（i）由于拓扑结构导致的六方或石墨烯类层中的导带和价带的交叉，以及（ii）具有$2p_z$ $π$特征的键合态的形成。
2013-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Optimizing electronic structure and quantum transport at the graphene-Si(111) interface: An ab-initio density-functional study
我们使用从头算密度泛函计算来确定石墨烯单层与Si（111）表面的相互作用。我们发现，石墨烯与裸衬底形成强键，并通过形成由独立的导电脊组成的波状结构来容纳12%的晶格失配，所述导电脊由石墨烯的带状区域连接，所述带状区域共价键合到衬底。我们进行量子输运计算为不同的几何形状，以研究的波动结构和键合到Si衬底引入的石墨烯的输运性质的变化。我们的研究结果表明，波浪形石墨烯结合了沿脊的高迁移率与有效的载流子注入到接触区中的Si中。
2013-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Preserving the 7x7 surface reconstruction of clean Si(111) by graphene adsorption
我们采用室温超高真空扫描隧道显微镜（UHV STM）和{ \em ab-initio}计算来研究吸附在Si（111）$-$ 7 $\times$ 7表面上的石墨烯薄片。该半导体衬底的特征7 $\times$ 7重构可以在所有扫描偏压下通过石墨烯解析，因此表明半导体衬底的原子构型在石墨烯吸附时不改变。大规模的{ \em ab-initio}计算证实了这些实验观察结果，并指出界面石墨烯和硅原子之间缺乏化学键合。我们的工作为石墨烯和高活性表面之间的原子级化学提供了深入了解，指导了石墨烯基异质结构中未来的钝化和化学相互作用工作。
2015-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism and structure at a vacancy in graphene
采用密度泛函方法研究了含空位石墨烯的电子结构、成键和磁性。单空位石墨烯基态是自旋极化的，并且结构平坦。非偏振态仅对有限段是非平面的。含有周期性空位阵列的系统显示磁性转变和金属-绝缘体转变。
2008-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structure and Electronic States of a Graphene Double Vacancy with an Embedded Si Dopant
硅代表石墨烯中常见的本征杂质，通常分别与单碳空位或双碳空位中的三个或四个碳相邻物键合。我们采用密度泛函理论（DFT）研究了后一种缺陷（Si-C $_4$）对石墨烯结构和电子性质的影响。已经进行了基于分子模型和周期性边界条件的计算。二碳空位由芘（芘-2C）构成，然后扩展为环芘-2C。这些情况下的结构表征表明，基态是轻微的非平面，与键合碳从平面位移高达$\pm$ 0.2埃。通过将缺陷嵌入石墨烯的10 $\times$ 8超晶胞中来确认这种非平面结构，导致比先前考虑的平面结构低0.22 eV的能量。自然键轨道（NBO）分析表明非平面结构的硅原子上的sp $^3$杂化和平面结构的sp $^2$ d杂化。原子分辨电子能量损失谱（EELS）和相应的光谱模拟提供了一个混合的图片：一个平坦的结构提供了一个稍微好一点的整体光谱匹配，但一个小的观察到的前峰只存在于波纹模拟。考虑到两个等效波纹构象之间的能量势垒很小，这两种结构都可以在几秒钟的实验时间尺度上作为叠加存在。
2017-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio calculation of the effect of stress on the chemical activity of graphene
石墨烯层是稳定的、坚硬的和相对惰性的。我们研究了拉伸应力如何影响$σ$和$π$键以及由此产生的化学活性变化。应力对$π$键的影响更强，这些键可变得具有化学活性并更强地与吸附物质结合。在拉伸时，单个C键在混合$120^{o}$和$90^{o}$的几何结构中被活化;这是$sp^{2}$和$sp^{3}$键合之间的中间状态。我们使用从头计算密度泛函理论研究氢在大团簇和石墨烯的二维周期模型上的吸附。讨论了交换关联泛函对吸附能的影响。
2009-07-22 cond-mat.mtrl-sci
The synergistic modulation of electronic and geometry structures leads to ultra-low thermal conductivity of graphene-like borides (g-B3X5, X=N, P, As)
通过调节结构特性和键合特性来设计具有特定技术兴趣的新型器件，促进了材料信息学的蓬勃发展。在此，我们提出了一个协同策略的组件重构相结合的几何构型和键合特性。通过协同策略，我们设计了一种新型的二维（2D）石墨烯类硼化物，例如g-B3 N5，尽管原子质量很小，但它具有21.08 W/mK的超低热导率。由于g-BN和氮化物的组合重构，电子学和几何学对热输运的协同效应导致超低热导率。在协同效应下，主导声支被强烈软化，散射吸收和Umklapp过程同时被抑制。因此，热导率显著降低。为了验证组分重构策略，我们进一步构建了g-B3 P5和g-B3 As 5，并分别揭示了2.50和1.85 W/mK的超低热导率。协同效应和设计的原子质量轻量化的超低导热材料迎合了动力机械轻型化发展和热防护的需求，如航空航天器、高铁、汽车等。
2022-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Direct mapping of electronic orbitals in graphene using electron energy-loss spectroscopy
本文利用扫描透射电子显微镜中的电子能量损失谱直接成像外延石墨烯多层中反键π*和σ*态的空间分布，并通过非弹性沟道模拟验证了轨道解释及厚度影响，展示了芯能级电子能量损失谱直接可视化电子轨道的潜力。
2021-07-13 cond-mat.mes-hall 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
Graphene on Ru(0001): A corrugated and chiral structure
我们提出了一个结构分析的石墨烯/Ru（0001）系统获得的表面X射线衍射。数据拟合使用傅立叶级数扩展位移场从一个理想的散装结构，加上对称性约束的应用程序。观察到的超结构棒的形状证明了由石墨烯与钌的强键合引起的衬底的重构。石墨烯层和下面的衬底都是波纹状的，石墨烯和最上面的Ru原子层的峰间高度分别为（0.82 +/-0.15）A和（0.19 +/-0.02）A。钌在几个单层上缓慢地衰变成块体。该系统还表现出手性，其中在石墨烯弱结合的超结构的那些区域中高达2.0度的面内旋转由弹性能量最小化驱动。
2010-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Probing a divergent van Hove singularity of graphene with a Ca$_2$N support: a layered electride as a solid-state dopant
以Ca $_2$ N为代表的层状晶体是一类新型的准二维低功函数材料。使用第一性原理计算，我们已经表明，沉积在Ca $_2$ N上的石墨烯层被掺杂到$n=5\times 10^{14}$ cm $^{-2}$，其费米能级与石墨烯$π^*$带中的色散范霍夫奇点对准。对于在Ca $_2$ N上的双层石墨烯，内部石墨烯层被掺杂到相同的水平，而外部石墨烯层的掺杂要适度得多。这一发现开启了一个有趣的可能性，使用分层的晶体来探索范霍夫物理学。的功函数的变化与石墨烯层的数量，我们解释的组成材料和它们的键合的奇特的电子结构。
2017-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Band gap opening by two-dimensional manifestation of Peierls instability in graphene
使用具有高对称性畸变或缺陷的石墨烯的第一性原理计算，我们研究了石墨烯中由手征对称性破坏或谷间混合引起的带隙开放，并显示了理解局部成键和反键杂化的带隙开放的直观画面。我们发现蜂窝晶格中由手征对称性破缺引起的能隙开放是一维线性晶格中Peierls金属-绝缘体转变的二维理想扩展。我们发现，自发凯库勒变形，2D版本的Peierls变形，发生在双轴应变石墨烯，导致结构故障。我们还表明，在石墨烯antidot和扶手椅型纳米带，这通常被归因于量子限制效应的间隙开放，可以理解与手征对称性破缺。
2011-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Graphene on Ir(111): Physisorption with chemical modulation
采用非局域范德华密度泛函（vdW-DF）方法计算了石墨烯与Ir（111）的结合. C原子的计算平均高度h = 3.41 μ m与X射线驻波（XSW）技术测量的平均高度h =（3.38 \pm 0.04）μ m的精确一致性为非局部泛函的适用性提供了基准。我们发现石墨烯与Ir（111）的键合是由于范德华相互作用，而反键平均贡献来自化学相互作用。尽管其具有全局排斥特性，但在大的石墨烯莫尔晶胞的某些区域中，观察到Ir基底和石墨烯C原子之间的电荷积累，表明形成了弱的共价键。
2011-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen-Functionalized Graphene Nanoflakes (GNFs:N): Tunable Photoluminescence and Electronic Structures
研究了氮功能化的二维石墨烯纳米片（GNF：N）中观察到的强光致发光（PL）和X射线激发的光学发光，这是由于π态区域的态密度显著增强以及π和π* 态之间的间隙引起的。类吡啶N-C、类石墨N和C=O键的sp2团簇数目的增加以及N和O原子向sp2团簇的共振能量转移是导致蓝移和主要PL发射特征增强的原因。通过X射线吸收近边结构、X射线发射光谱和共振非弹性X射线散射研究发现，荧光增强与电子结构和成键性质的变化密切相关。该研究表明，可以通过适当调节GNF中的氮和氧含量来定制PL发射，并为新型光电子器件铺平道路。
2012-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Strong Adsorption between Uranium Dicarbide and Graphene Surface Induced by f Electrons
Institute of Atomic and Molecular Physics, Jilin University（吉林大学原子与分子物理研究所）；Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海应用物理研究所）；Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）；Department of Physics and Materials Science and Centre for Functional Photonics (CFP), City University of Hong Kong（香港城市大学物理及材料科学系和功能光子学中心）
本研究基于密度泛函理论计算探究二碳化铀与石墨烯的相互作用，发现f电子诱导的强化学吸附效应，揭示了异构体结构与5f轨道活性对吸附的影响，为锕系化合物碳基吸附及第四代核能系统设计提供理论参考。
2013-10-16 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
Fermi level depinning via insertion of a graphene buffer layer at the gold-2D tin monoxide contact
本研究通过第一性原理计算，提出在Au与单层SnO接触中插入石墨烯缓冲层以缓解费米能级钉扎，并系统分析了接触的电子性质与机械变形影响，为改善金属-半导体接触提供了指导。
2023-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Implanting germanium into graphene
将杂原子引入石墨烯晶格中可用于调整其电子、机械和化学性质。因此，直接取代仅限于使用低能离子注入引入的附带Si杂质和P、N和B掺杂剂。我们在这里提出了迄今为止最重的杂质，即$^{74}$ Ge $^+$离子注入单层石墨烯。虽然样品污染仍然是一个问题，原子分辨率扫描透射电子显微镜成像和定量图像模拟表明，锗可以直接取代单原子，键合到三个碳邻居在一个屈曲的面外配置，或占据一个面内的位置在一个双空位。第一性原理分子动力学提供了对注入过程的进一步原子洞察，揭示了使注入低于石墨烯位移阈值能量的强化学效应。我们的研究结果表明，重原子可以被注入到石墨烯晶格中，为石墨烯作为模板的单原子催化等高级应用指明了方向。
2018-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Non-Eulerian behavior of graphitic materials under compression
从纳米到宏观尺度的厚度范围内，石墨材料的力学行为受到具有范德华力的弱层间结合的极大影响。在这里，我们提出了一个全面的研究层厚度的影响的压缩行为的石墨材料，如石墨烯完全嵌入在聚合物基体。采用拉曼光谱法对石墨试样的临界应变进行了实验研究。最令人惊讶的发现是，相反的，将从欧拉力学的预期，临界压缩应变失效的薄片厚度的增加而减少。这是由于材料的分层结构，特别是将层保持在一起的弱cohesion内聚力。对于多层石墨烯的情况，板现象学被打破，多层石墨烯可以被接近为彼此弱结合的离散单层。这种行为是模拟这里考虑层间键合（范德华力）作为弹簧串联，发现理论和实验之间非常好的协议。最后，它将被证明，在故障后制度多层石墨烯表现出负刚度，从而表现为机械超材料。
2019-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Quasi-freestanding and single-atom thick layer of hexagonal boron nitride as a substrate for graphene synthesis
我们证明了通过在W（110）衬底上生长的Ni（111）薄膜的界面上插入Au原子，可以使单原子厚的六方氮化硼（hbn）层与Ni（111）薄膜脱离紧密的化学键。这一过程已被系统地研究，使用角分辨光电子能谱，X射线光电子能谱和吸收技术。已经证明，hbn层从“刚性”到“准独立”状态的转变伴随着其晶格常数的变化。利用化学气相沉积，石墨烯已成功地合成绝缘，准独立hbn单层。我们预期原位合成的弱相互作用石墨烯/六方氮化硼双层系统可以进一步发展为技术应用，并可能提供进一步探讨石墨烯的不寻常的电子性质的前景。
2010-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Wrinkled few-layer graphene as highly efficient load bearer
多层石墨材料由于其固有的弱层间结合（例如，石墨在某些应用中是固体润滑剂）而不适合作为承载体。当采用诸如单层（SLG）石墨烯的二维（2-D）材料时，这种情况得到很大改善。在这些情况下的缺点是存在热或机械诱导的皱纹，这是普遍存在于2-D材料。在这里，我们着手研究广泛的大波长/振幅的剥离的简单支撑的石墨烯片的应力传递能力的影响。与普遍的看法相反，我们提出了明确的证据表明，这种类型的“石墨烯”增强了承载能力的几层石墨烯相比，“平”的标本。这种效应是由于石墨烯/聚合物界面剪切应力由于扭曲而每增加施加的应变而显著增加的结果，并且为设计具有高度改善的应力传递效率的负担得起的石墨烯复合材料铺平了道路。
2017-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Site-Specific Orbital Symmetry Breaking in Epitaxial Graphene on Silicon Carbide
本研究通过EELS和从头计算揭示SiC上外延石墨烯缓冲层中四分之一碳原子与硅成键诱导sp³杂化，淬灭π态并破坏对称性，为低能耗晶体管界面设计提供定量基础。
2026-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vertical structure of Sb-intercalated quasifreestanding graphene on SiC(0001)
利用正入射X射线驻波技术和低能电子显微镜研究了在$\left(6\sqrt{3}\times6\sqrt{3}\right)R30^\circ$重构石墨化6 H-SiC（0001）表面嵌入锑得到的准独立单层石墨烯（QFMLG）的结构，也称为零层石墨烯。我们发现，Sb的嵌入使QFMLG从衬底上很好地分离。从QFMLG到Sb层的距离几乎等于C和Sb的预期范德华键合距离。Sb插层本身是单原子的，平坦的，并且位于更靠近衬底的位置，几乎是共价Sb-Si键长的距离。所有数据与位于SiC块体的最上面的Si原子的顶部上的Sb一致。
2022-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Chlorine Adsorption on Graphene: Chlorographene
我们基于密度泛函理论，通过第一性原理结构优化、声子频率和有限温度分子动力学计算，研究了氯原子与石墨烯的相互作用，预测了可能存在的氯化石墨烯衍生物。单个氯原子的键合是通过电荷从石墨烯转移到氯吸附原子而离子化的，并且在下面的平面石墨烯中引起可忽略的局部变形。与氢和氟吸附原子不同，单个氯吸附原子在石墨烯表面的迁移几乎没有障碍。然而，由于强的Cl-Cl相互作用导致通过形成Cl $_2$分子的脱附，用Cl吸附原子装饰石墨烯的一个表面导致各种构象不能持续。相反，完全氯化的石墨烯，氯化石墨烯CCl，其中单个氯原子以$sp^3$型共价键交替地从石墨烯的不同侧键合到每个碳原子，是弯曲的。我们发现这种结构是稳定的，是一种直接带隙半导体，其带隙可以通过施加均匀的应变来调节。讨论了氯代石墨烯的声子色散关系和四种拉曼激活模式。
2012-12-15 cond-mat.mtrl-sci
