What Is Armchair-Zigzag Grain Boundary Structure in Graphene?
基于差分进化算法，提出了一种新的界面结构全局优化方法。在这里，我们应用这种方法来搜索扶手椅和锯齿形取向的石墨烯之间的晶界的基态原子结构。我们发现了两个新的晶界结构，形成能比以前广泛使用的结构模型低得多，约为1 eV/nm。这些新预测的结构表现出更好的机械性能下的外部单轴应变，和可区分的扫描隧道显微镜功能，与以前的结构模型相比。我们的研究结果提供了重要的新信息，为确定晶界结构和今后的电子性质的缺陷石墨烯。
2013-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Large-Scale Experimental and Theoretical Study of Graphene Grain Boundary Structures
我们使用$>$ 1000实验HRTEM图像，使用半自动结构处理程序，表征了176种不同单层石墨烯晶界的结构。我们介绍了一种新的算法来生成一类六边形二维材料的晶界结构，并使用该算法和分子动力学模拟的$>$ 79000石墨烯晶界覆盖4122个独特的取向分布在整个参数空间的结构。从所有的实验和模拟边界的位错含量和结构特性，并探讨各种趋势。我们发现很好的模拟和实验观察到的晶界之间的协议。我们的分析表明，在原子科学中，相对于少量的观测，统计上显着数量的测量的力量。所有的实验和模拟边界结构都可以在线获得。
2015-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Control and Characterization of Individual Grains and Grain Boundaries in Graphene Grown by Chemical Vapor Deposition
对石墨烯的强烈兴趣已经推动了高质量石墨烯和石墨烯器件的可规模化生产。由于迄今为止合成的大规模石墨烯膜通常是多晶的，因此表征和控制通常被认为会降低石墨烯质量的晶界是重要的。在这里，我们研究了单晶石墨烯颗粒的环境CVD多晶铜合成，并显示如何合并晶粒之间的个别边界影响石墨烯的电子特性。石墨烯晶粒与Cu基体没有明确的外延关系，可以穿过Cu晶界。这些晶粒的边缘被发现主要是平行于锯齿形方向。我们发现，晶界给出了一个显着的拉曼“D”峰，阻碍电输运，并诱导突出的弱本地化指示的谷间散射在石墨烯。最后，我们展示了一种使用预图案化的生长种子来控制石墨烯成核的方法，开辟了一条无晶界的单晶石墨烯器件的可扩展制造路线。
2011-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Suppression of Grain Boundaries in Graphene Growth on Superstructured Mn-Cu(111) Surface
作为不期望的缺陷，晶界（GB）在使用现有的在金属衬底上的生长方法的外延石墨烯中广泛存在。采用密度泛函理论计算，我们首先确定了在Cu（111）表面上成核的碳岛的取向错误导致形成GB的岛屿合并。然后，我们提出了一个两步动力学途径，以有效地抑制GB的形成。在第一步中，将大的芳烃分子沉积到$\sqrt{3}\times\sqrt{3}$超结构化的Cu-Mn合金表面上，以接种单一取向的初始碳簇;在第二步中，通过甲烷的正常化学气相沉积来扩大接种的岛，以形成完整的石墨烯片。本方法有望克服大规模单晶石墨烯制造中的一个长期障碍。
2011-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Strength Characteristics of Tilt Grain Boundaries in Graphene
利用分子动力学模拟和第一性原理计算，我们研究了在金属衬底上CVD生长石墨烯过程中出现的石墨烯片倾斜晶界的结构和机械强度。令人惊讶的是，我们发现，对于在Z字形和扶手椅取向附近的倾斜边界，具有5-7个缺陷对的较高密度的大角度边界比每单位长度由较少缺陷组成的小角度边界更强。有趣的是，我们的结果中的趋势不能用连续格里菲斯型断裂力学标准来解释，该标准预测相反的趋势，因为它没有考虑到导致失效机制的关键键。我们已经确定了高应变的债券在7元环，导致失败的片材，我们已经发现，大角度的边界能够更好地适应应变7环。我们的研究结果为设计生长方法提供了指导，以获得强度接近原始石墨烯的晶界结构。
2010-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Heat transport across graphene/hexagonal-BN tilted grain boundaries from phase-field crystal model and molecular dynamics simulations
本文采用结合原子论的方法研究了单层石墨烯和六方氮化硼（h-BN）片之间晶界的界面热导。首先，使用最近开发的相场晶体（PFC）模型[P. Hirvonen \textit{et al.}，Phys. Rev. B \textbf{100}，165412（2019）]生成含有具有不同倾斜角的石墨烯/h-BN GB的现实样品，该模型捕获分子动力学（MD）模拟无法获得的缓慢扩散弛豫。然后，大规模的MD模拟，使用高效的GPUMD包进行评估跨GB的热传输和整流性能。我们发现，石墨烯和h-BN片之间的晶格失配起着不太重要的作用，在确定的界面热导相比，倾斜角。此外，我们没有发现显着的热整流效应，这些GB。
2021-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Characterizing thermal conduction in polycrystalline graphene
在这项工作中，通过理论和模拟相结合的方法探索和讨论了热传导。采用基于六边形贴片模型的分子动力学模拟计算了多晶石墨烯的热导率k，并与实验中的微观结构表征结果进行了比较。晶粒尺寸，取向和温度的影响进行了确定与讨论的微观声子散射机制。有效热导率随晶粒尺寸的增大而增大，随晶界错配角和位错密度的增大而减小。在多晶体中，k的1/T温度依赖性显著减弱。晶界在改性石墨烯的热输运性质中的作用的特征在于其作为单独相的有效宽度和热导率，其随后被包括在预测性有效介质模型中，该模型显示对于大于几微米的晶粒热导率的劣化降低。
2013-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Effect of grain boundary on the buckling of graphene nanoribbons
采用原子模拟的方法研究了含有晶界的石墨烯纳米带的屈曲问题，其中引入了自由和支撑边界条件。我们发现，当石墨烯包含一个小角度的晶界时，屈曲应变较大时，与自由（支持）边界条件的条带受到平行（垂直）的晶界压缩拉伸。弯曲的石墨烯纳米带的变形的形状取决于边界条件和晶界的存在以及施加的面内压缩张力的方向。与完美石墨烯或小角度晶界相比，大角度晶界导致较小的屈曲应变。
2012-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal transport in nanocrystalline graphene investigated by approach-to-equilibrium molecular dynamics simulations
采用接近平衡的分子动力学模拟研究了纳米石墨烯片的热输运。纳米结构的石墨烯已经使用用于从具有随机晶体取向的初始种子进行晶粒生长的迭代过程来创建。所得到的细胞的特征在于基于回转半径的晶粒尺寸分布，由每个晶粒中的原子数和由晶界中的原子数。引入具有1 nm的回转半径的纳米颗粒导致热导率显著降低至单晶石墨烯中的值的3%。振动态密度的分析已经揭示了当引入纳米颗粒时振动强度的普遍降低和峰的加宽，这可以归因于边界层中的声子散射。的热导率已被评估为晶粒尺寸的函数，随着尺寸增加到14 nm，它已被证明遵循一个反有理函数。晶粒尺寸相关的热导率可以很好地近似为一个函数，其中传输由一系列导电元件和电阻（在边界处）的连接来描述。
2015-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Impact of grain boundary characteristics on thermal transport in polycrystalline graphene: Analytical results
采用形变势方法研究了多晶石墨烯的晶界结构、尺寸和形状对热导率的影响。在玻恩近似下，得到了声子平均自由程的精确解析表达式。我们发现在长波长极限下有两种行为：对于任何形状的开放GB，MFP随$k^{-1}$变化，而对于闭合配置（环路），MFP则随$k^{-3}$变化。在短波长极限MFP往往是一个恒定的值为任何配置。观察到的振荡行为，这表明它们作为衍射光栅的声子。这种性质也是固有的GB与不规则性所造成的部分向错偶极子。热导率的计算框架中的Callaway的方法与所有主要来源的声子散射考虑在内。在很宽的温度范围内，热导率随晶粒尺寸的减小而减小。最有趣的是，我们发现了一个显着的降低，在多晶石墨烯的热导率包含GB的变化，在他们的取向差角。
2019-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Metallic nanolines ruled by grain boundaries in graphene: an ab initio study
我们已经进行了从头算研究的能量稳定性，和电子性质的过渡金属（TM = Mn，Fe，Co和Ru）吸附在石墨烯上的存在下的晶界（GB）。我们的研究结果揭示了一个充满活力的偏好TM躺在沿GB网站（TM/GB）。这种能量偏好已经通过增加TM吸附原子的浓度而得到加强;产生由GB统治的石墨烯上的TM纳米线。Fe吸附原子的进一步扩散势垒计算支持这些TM纳米线的形成。我们发现，平行于GBs的能量势垒略低于无缺陷石墨烯的能量势垒，而垂直于GBs的Fe吸附原子面临更高的能量势垒。Fe和Co（Mn）纳米线是铁磁性的（亚铁磁性的），相比之下，Ru纳米线的磁性状态对Ru/GB吸附几何结构敏感。这些TM纳米线的电子性质，其特征在于通过广泛的电子能带结构计算。金属纳米线的形成是由TM和石墨烯（$π$）轨道之间沿GB位点的强杂化介导的。由于TM纳米线的净磁化，我们的能带结构结果表明，一些TM/GB系统的各向异性（自旋极化）的电子电流。
2015-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Toughness and Strength of Nanocrystalline Graphene
原始的单晶石墨烯被认为是已知的最强的材料，具有显着的机械和电气性能。然而，用可扩展的制造技术制成的石墨烯是多晶的，并且包含固有的纳米级线和点缺陷-晶界和晶界三重结-这导致韧性和强度的显著统计波动。这些波动对于缺陷密度高的纳米晶石墨烯变得特别明显。在这里，我们使用大规模的模拟和连续建模表明，韧性和强度的统计变化可以理解与“最弱环节”的统计。我们开发了第一个统计理论的韧性多晶石墨烯，并阐明其强度和韧性的晶粒尺寸依赖性的纳米尺度的起源。我们的研究结果应该导致更可靠的石墨烯器件设计，并提供一个框架来解释广泛的2D材料的实验结果。
2016-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Analytical Energy Formalism and Kinetic Effects of Grain Boundary: A Case Study of Graphene
晶界是多晶材料的重要组成部分，具有广泛的表现形式，对材料的性能有着重要的影响。由于缺乏对它们的结构和能量学的完整了解，充分了解GB的影响陷入僵局。本文首次以石墨烯为例，提出了角空间中GBs的解析能量泛函。我们发现，一个任意的GB可以由对称的GB的几何组合，遵循的原则，其位错核心的直线均匀分布的特点。此外，我们确定了难以捉摸的动力学效应的实验统计和能量依赖的热力学效应之间的差异对GBs。本研究不仅提供了一个分析的能量泛函，也可以扩展到其他二维材料，但也有助于理解的动力学效应的GBs在材料合成过程中。
2021-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Cones, pringles, and grain boundary landscapes in graphene topology
多晶石墨烯由彼此以角度α倾斜并由晶界（GB）分隔的完美域组成。这些几乎一维的区域依次由基本的拓扑缺陷，5-五边形和7-七边形组成，通常配对成5-7个位错。在0<=α<=Pi/3的范围内计算的GB的能量G（α）显示出轻微的不对称行为，在中间达到约5 eV/nm，其中5和7在从几乎扶手椅到锯齿形界面的过渡中定性地重组。分析表明，2维性质允许离面弛豫，在3维材料中不可用，一方面定性地降低缺陷的能量，同时另一方面形成稳定的3D landsapes。有趣的是，虽然GB显示出小的离面高度，但5和7的随机分布产生了与缺陷浓度成反比的粗糙度，h ~ n^（-1/2）
2010-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Diffraction and near-zero transmission of flexural phonons at graphene grain boundaries
已知石墨烯晶界会影响声子输运和热导率，这表明它们可以用于设计石墨烯的声子性质。本文采用分子动力学研究了两个屈曲晶界对长波长弯曲声学声子的影响。由于其对热传输的重要性，选择了弯曲声学模式。据发现，通过边界的传输被强烈抑制的入射角接近35 $^\circ$。此外，晶界被发现作为衍射光栅的声子。
2015-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Revealing the grain structure of graphene grown by chemical vapor deposition
在存在无序的情况下发生的物理过程：点缺陷、晶界等可能对石墨烯的电子性质具有不利影响。在这里，我们提出了一种方法来揭示石墨烯的颗粒结构的缺陷的选择性氧化和随后的原子力显微镜分析。这种技术提供了一种快速简便的替代不同的电子显微镜和衍射方法，并可用于快速反馈化学气相沉积生长的石墨烯样品的质量。
2011-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring energy landscape of graphene nanostructures on graphene and realizing atomically precise graphene origami using tilt grain boundaries
在二维范德华材料中，相邻层之间的相对扭转角不仅控制了它们的电子性质，而且决定了它们的堆叠能。这种效应使得更容易实现vdWs材料的能量有利的配置，例如双层石墨烯的Bernal堆叠结构。在这里，我们证明了我们可以可控地定制石墨烯纳米结构在石墨烯上的粘附能量景观，并通过使用一维倾斜晶界（GB）来稳定具有可调扭转角的系统。具有由倾斜GB分开的不同堆叠级的面积比被连续地调谐，这提供了新的自由度来定制系统的能量景观。由于倾斜GB分隔的不同堆叠顺序，我们可以沿着一维边界精确地重复折叠和展开石墨烯纳米结构，展示了实现原子级精确石墨烯折纸的能力。
2021-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning Structures and Electronic Spectra of Graphene Layers by Tilt Grain Boundaries
尽管人们已经对石墨表面和石墨烯的倾斜晶界的结构和性质进行了广泛的研究，但它们对石墨烯层的结构和电子光谱的影响还没有完全解决。本文利用扫描隧道显微镜和光谱学研究了一维倾斜晶界对石墨烯多层膜结构和电子光谱的影响。石墨烯多层中顶部石墨烯片的倾斜晶界导致连续层之间的扭曲，并在边界的一侧产生超结构（莫尔图案）。我们的研究结果表明，扭曲的Bernal石墨烯双层和石墨烯三层显着改变的电子光谱。我们还研究了在两个相邻的倾斜晶界之间产生的量子限制扭曲石墨烯双层，发现即使在一个方向上超结构的数量减少到两个时，这种系统的能带结构仍然有效。这意味着该系统的电子结构是由单个莫尔斑的物理驱动的。
2014-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature Dependence of Thermal Conductivity of Polycrystalline Graphene: Thermally Enhanced Kapitza Conductance
石墨烯因其优异的导热性能而受到广泛关注，但迄今为止，对多晶石墨烯的热特性的完整理解仍然是难以捉摸的。本文首次采用非平衡分子动力学模拟系统地研究了温度对不同晶粒尺寸和晶界类型的多晶石墨烯热导行为的影响。结果表明，无论晶粒尺寸和晶界类型如何，温度升高都会显著提高晶界热导率（Kapitza热导率），同时也会降低无缺陷晶粒区域的热导率。这种增强效应对于较小的晶粒尺寸和较高的温度变得更加重要，其对热传递的正常不利影响因此被理想地抵消，使得总热导率对于足够小的晶粒尺寸相对于温度增量相当稳健。在从300至500 K加热时，具有最大倾斜晶界的石墨烯的热导率对于50 nm的晶粒尺寸仅降低9%，而对于250 nm降低28%，并且进一步地，其甚至在30 nm以下增加。我们提出了其（晶粒，晶界和总）热导率与晶粒尺寸和温度的定量映射，为基于石墨烯的热工程提供了指导，并提出了新的基于缺陷的热架构。
2013-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnesium-graphene interphase boundaries created by high-pressure torsion enhance hydrogen storage kinetics:Mechanisms and significance of activation energy and frequency factor
WPI, International Institute for Carbon-Neutral Energy Research (WPI-I2CNER), Kyushu University（九州大学碳中和能源研究国际研究所（WPI-I2CNER））；Department of Automotive Science, Kyushu University（九州大学汽车科学系）；Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM), Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)（坎皮纳斯州立大学机械工程学院）；Université de Lorraine, Laboratoire d’Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (LEM3 UMR 7239)（洛林大学微观结构与材料力学实验室（LEM3））；Université de Lorraine, Laboratory of Excellence on Design of Alloy Metals for low-mass Structures (DAMAS)（洛林大学低质量结构合金设计卓越实验室（DAMAS））
通过高压扭转制备镁-石墨烯界面边界，提升镁氢化物反应动力学，揭示界面工程对氢存储材料性能的影响。
2026-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Imaging Grains and Grain Boundaries in Single-Layer Graphene: An Atomic Patchwork Quilt
多晶材料的性质通常由其晶粒的尺寸和其晶界的原子结构决定。这些效应在2D材料中尤其明显，即使是线缺陷也会分裂和破坏晶体。这些问题在石墨烯中具有实际意义，石墨烯是一种碳原子的六边形二维晶体;现在可以通过化学气相沉积在高达米的尺度上生产单原子厚度的石墨烯片，使其多晶性几乎不可避免。理论上，石墨烯晶界被预测具有明显的电子、磁性、化学和机械性质，这些性质强烈依赖于它们的原子排列。然而，由于晶粒和晶界原子之间的五个数量级的尺寸差异，很少有实验充分探索石墨烯的晶粒结构。在这里，我们使用新旧透射电子显微镜技术的结合来桥接这些长度尺度。使用原子分辨率成像，我们确定的位置和身份的每个原子在晶界上，并发现不同的晶粒缝合在一起，主要是通过五边形-七边形对。然后，我们使用衍射过滤成像快速映射的位置，方向和形状的几百个晶粒和边界，其中只有少数已被报道。由此产生的图像揭示了一个意想不到的小而复杂的拼凑颗粒连接的倾斜边界。通过将晶粒成像与扫描探针测量相关联，我们表明这些晶界显著削弱了石墨烯膜的机械强度，但不会显著改变其电性能。这些技术为石墨烯和其他二维材料的结构，性能和晶粒和晶界控制的研究打开了新的窗口。
2010-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cathodoluminescence Analysis of Defects and Grain Boundaries in Zn3P2 Thin Films Grown on Graphene by MOVPE and MBE
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Lund University（隆德大学）；Université Côte d’Azur, CNRS, CRHEA（蔚蓝海岸大学，法国国家科学研究中心，高能物理研究所）；Interdisciplinary Center for Electron Microscopy (CIME), EPFL（洛桑联邦理工学院跨学科电子显微镜中心）；Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）；Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）
通过关联电子显微镜和阴极发光，研究了MOVPE在石墨烯上准范德华外延生长的Zn3P2薄膜中反相边界密度与光发射调制的关系，发现晶界作为非辐射复合中心，并比较了MBE薄膜，表明MOVPE材料抑制了应变相关的亚带隙发射，实现了更大晶粒和更高质量。
2026-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Oxidation-assisted graphene heteroepitaxy on copper foil
我们提出了一种创新的，易于实现的方法来合成大面积的电子晶体石墨烯片的铜箔上的化学气相沉积。该方法双重利用了气相中存在的残余氧。首先，通过轻微氧化铜表面，我们诱导晶界钉扎在铜，因此，冻结的热再结晶过程。随后铜在氢气下的还原突然解锁延迟的重构，有利于厘米尺寸的铜（111）晶粒通过异常晶粒生长机制的生长。其次，铜表面的氧化也大大降低了石墨烯的成核密度。该氧化/还原顺序导致与铜（111）外延配准的对齐的毫米尺寸的单层石墨烯域的合成。所生长的石墨烯薄片被证明是单晶的和高质量的。
2016-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Rapid and catalyst-free CVD growth of graphene on hBN
最近，六方氮化硼（h-BN）已被证明是作为一个理想的衬底石墨烯大大提高材料的传输性能，由于其原子级平坦的表面，低层间电子耦合和几乎完美的网状匹配。化学气相沉积（CVD）目前被认为是在h-BN上直接生长石墨烯的最可扩展的方法。然而，对于无催化剂的方法，通常报道了对石墨烯晶粒的形状和结晶度的不良控制以及低生长速率。在这项工作中，我们研究了不同形状的晶粒的结晶度，并确定了一个真正的范德华外延石墨烯的h-BN通过采用无催化剂的CVD工艺的路径。我们证明了多晶性质的圆形垫和属性的不同取向的颗粒的空气中的h-BN薄片的污染的堵塞。我们发现，六重对称的单晶颗粒可以通过采用高氢分压生长过程中获得。值得注意的是，通过优化生长温度和压力获得高达100 nm/min的生长速率。通过采用简单的CVD方法以可观的生长速率在h-BN上合成单晶石墨烯的可能性是朝着增加这种有前途的范德华异质结构的可及性迈出的一步。
2016-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Mapping electronic states of dual-parallel and symmetric zigzag grain boundaries of graphene on highly oriented pyrolytic graphite
石墨烯表面的晶界（GBs）被广泛研究，因为具有特定缺陷配置的GBs导致形成新的弯曲结构，其可以被视为新的碳同素异形体。利用扫描隧道显微镜和光谱仪（STM/S）研究了高取向热解石墨（HOPG）表面石墨烯中两种周期性晶界的结构和电子光谱。我们的研究结果表明，由五边形-七边形（5-7）碳环的双平行周期性位错核心组成的GB在石墨烯表面的狄拉克点以上0.45 eV处产生增强的局域态，这归因于范霍夫奇点（VHS）。此外，局域态的能量位置在0.40和0.47 eV之间变化，取决于网站，并最终衰减到0.36 eV。两个平行的晶界引起的能量位置的变化，因为较高的电子密度在GB作为一个缺陷中心和较低的电子远离GB。另一个周期性的GB与对称的锯齿形结构特征诱导VHS在-0.038和0.12 eV附近的费米能级。此外，谷间散射观察到这两个GB。这意味着载流子浓度以及周期性GB周围的电导可以通过局域态密度显著增强。这一发现表明，具有适当嵌入的有序GB的石墨烯有希望用于改善基于石墨烯的电子器件的性能。
2017-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Charge and spin transport on graphene grain boundaries in a quantizing magnetic field
我们研究了量子化磁场作用下单层石墨烯中电荷和自旋沿晶界的输运。晶界中的输运态是由朗道零模与界面态的杂交产生的。在选定的能量制度量子霍尔边缘状态可以全部或部分地偏转到晶界状态。在非局域电导和散粒噪声中研究了边缘态偏转的程度。我们还考虑作为栅极可切换的自旋过滤器，一个功能，使横向限制在晶界的反向传播的传输通道的可能性。
2017-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Domain (Grain) Boundaries and Evidence of Twin Like Structures in CVD Grown Graphene
理解和设计化学气相沉积（CVD）单层石墨烯中的畴边界对于改善其性能至关重要。在这项研究中，结合透射电子显微镜（TEM）技术，包括选区电子衍射（SAED），高分辨率透射电子显微镜（HRTEM），和暗场（DF）TEM被用来研究的边界取向角分布和性质的碳键在域边界。这份报告提供了一个重要的第一步，从根本上了解这些领域的边界。结果表明，对于本研究中生长的石墨烯，测量的46个取向差角均在11-30度之间（7度的一个除外）。HRTEM图像显示在几乎所有的边界区域中存在吸附物。当边界成像时，在边界处看到缺陷（悬挂键），这可能有助于吸附物在这些边界处结合。DFTEM图像还显示了“孪生”边界的存在。
2010-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Topological Defects in Graphene: Dislocations and Grain Boundaries
尽管有大量的实验观察，但石墨烯中的拓扑缺陷，位错和晶界仍然没有得到很好的理解。我们介绍了一种通用的方法，用于构建任意伯格斯矢量以及晶界，覆盖整个范围内的可能的取向差角的石墨烯位错。通过使用从头计算，我们调查这些拓扑缺陷的热力学和电子性质，发现积极有利的对称大角度晶界，强烈的倾向，在小角度制度的面外变形，和显着的影响，对电子结构。目前的研究结果表明，位错和晶界是石墨烯中重要的本征缺陷，可以用于工程石墨烯基纳米材料和功能器件。
2010-05-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Grain Boundaries on Thermal Transport in Graphene
我们使用非平衡格林函数研究了石墨烯中晶界、线缺陷和手性对热输运的影响。在室温下，弹道热导率约为4.2 GW/m^2/K，单个GB或LD的热导率为该值的50-80%。具有碳原子八边形缺陷的LD比具有五边形和七边形缺陷的GB具有更低的热传递。我们将我们的研究结果应用于研究多晶石墨烯的热导率以用于实际应用，并发现当晶粒尺寸小于几百纳米时，GB的类型和尺寸起着重要作用。
2012-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comparison of h-BN and graphene layers as grain boundary materials for granular FePt-$\text{L}1_0$ thin films
本研究探索多层石墨烯作为FePt-L10薄膜晶界材料，发现其能形成纳米带包裹晶粒但未能有效促进柱状结构，需优化沉积工艺以实现HAMR介质潜力。
2024-04-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Bimodal grain-size scaling of thermal transport in polycrystalline graphene from large-scale molecular dynamics simulations
石墨烯中的晶界在通过化学气相沉积制备的晶片级样品中是固有的。它们可以强烈地影响石墨烯的机械性能以及电子和热传输。在这项工作中，我们采用广泛的分子动力学模拟来研究大悬浮多晶石墨烯样品中的热输运。不同的控制晶粒尺寸的样品制备最近开发的有效的多尺度方法的基础上相场晶体模型。与以前的工作相比，我们的研究结果表明，缩放的热导率与晶粒尺寸意味着双峰行为与两个有效的Kapitza长度。的缩放是占主导地位的平面外（弯曲）声子的Kapitza长度是一个数量级大于面内声子。我们还表明，为了获得与最新实验的定量一致，需要对晶界的Kapitza电导和原始石墨烯的热导率进行量子校正，并且相应的Kapitza长度必须相应地重整化。
2017-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kapitza thermal resistance across individual grain boundaries in graphene
我们使用广泛的经典分子动力学（MD）模拟研究了悬浮单层石墨烯中单个晶界的热输运。我们利用二维相场晶体方法构建了含有对称倾斜角晶界的双晶石墨烯样品，然后利用分子动力学方法对样品进行弛豫。相应的Kapitza电阻，然后使用非平衡MD模拟计算。我们发现，Kapitza电阻强烈地依赖于倾斜角，并显示出明确的相关性，在一个给定的晶界缺陷的平均密度，但并不强烈相关的晶界线张力。我们还表明，量子效应是显着的定量测定Kapitza电阻通过应用模式的模式的量子校正的经典MD数据。修正后的数据与量子力学的Landauer-Bütticker计算结果符合得很好。
2017-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phononic thermal transport along graphene grain boundaries
我们发现，声子在石墨烯的热输运是不能免疫的晶界（GB）沿温度梯度的方向排列。非平衡态分子动力学模拟揭示了声子热导率（$κ_p$）沿线性超窄晶界包括纵向重复的五边形-七边形位错的大幅减少。格林函数计算和谱能量密度分析表明，$κ_p$是周期性应变场的复杂表现，表现为具有漫反射和镜面声子反射的反射式衍射光栅，是声子-声子非谐散射源。我们的研究结果提供了新的见解的完整性的声子热输运GB石墨烯。
2021-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modeling of the self-limited growth in catalytic chemical vapor deposition of graphene
鉴于其潜在应用，晶片级连续单晶石墨烯层的开发是关键。为此，在这里，我们铺平了道路的朗缪尔吸附理论和二维结晶的框架中的石墨烯生长模型。具体而言，我们使用甲烷作为碳前体来模拟石墨烯在铜上的成核和生长。该模型导致识别的范围内的生长参数（温度和气体压力），唯一需要最终的表面覆盖的石墨烯。这成为解决多晶石墨烯层的连续性和晶粒尺寸的基本问题的宝贵工具。该模型与文献中现有的实验数据一致。在这里开发的石墨烯生长的“等高线图”和大石墨烯晶粒的优化生长的现有证据的基础上，为工程晶片级连续石墨烯膜提供了新的见解。
2013-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Point Defects and Grain Boundaries in Rotationally Commensurate MoS2 on Epitaxial Graphene
随着自由度的降低，结构缺陷预计将在二维材料中发挥更大的作用相比，他们的散装同行。特别是，机械强度，电子性能和化学反应性强烈影响的晶体缺陷在原子薄的限制。在这里，超高真空（UHV）扫描隧道显微镜（STM）和光谱（STS）的询问点和线缺陷在单层二硫化钼外延石墨烯（EG）上生长在原子尺度。观察到五种类型的点缺陷与大多数物种表现出明显的结构是一致的空位和间隙模型。观察到的总缺陷密度低于在其他衬底上生长的MoS 2，并且可能归因于MoS 2在EG上的范德华外延。由于MoS 2在EG上的旋转可磁化性而产生的具有30°和60°倾斜角的晶界（GB）在相似尺度下比原子力显微镜更容易通过STM分辨，这是由于它们不同的电子状态的增强对比度。例如，对于30°和60° GB，使用STS分别观察到带隙减小至~ 0.8eV和~ 0.5eV。此外，原子分辨率的STM图像，这些GBs被发现同意以及提出的结构模型。这项工作提供了量化的洞察到的结构和性质的常见缺陷的二硫化钼，并建议通过缺陷工程定制的二硫化钼/石墨烯异质结构的性能的途径。
2016-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Electronic transport across realistic grain boundaries in graphene
我们进行了蒙特卡罗模拟，以研究石墨烯中的晶界（GB）的形态和输运性质之间的联系。我们探索的几何构型空间的GB产生合奏的现实模型的无序界面之间的石墨烯取向不良域。在其他可观察量中，在整个模拟过程中一直在探索跨GB的传输，从而使我们能够在平均传输与GB的拓扑不变量（定向差角）之间建立联系。我们扩展到无序的GB的显着的结果，即低角度制度的特点是由一个单独的GB电导减少后，减少的角度，首次发现周期性的GB。然而，我们探索了一个全面的取向差角，使我们的结果应作为一个起始数据集，研究在大样品中的多晶性运输的影响。
2021-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unexpected large thermal rectification in asymmetric grain boundary of graphene
采用非平衡分子动力学（NEMD）方法研究了扶手椅型和锯齿型石墨烯之间的非对称倾斜晶界的晶格热输运。我们已经观察到显着的温度下降和超低的温度依赖的热边界电阻。更重要的是，我们发现了一个意想不到的热整流现象。热导率和Kapitza电导率是方向相关的。热整流效应可以通过增大两侧的温差来放大。我们的研究结果提出了一种有前途的热整流器和声子二极管的基础上多晶石墨烯没有微妙的操纵的原子结构。
2012-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Mechanical properties of polycrystalline graphene based on a realistic atomistic model
石墨烯目前只能通过化学气相沉积法大量生长，这种方法可以产生多晶样品。在这里，我们描述了一种方法来构建现实的多晶石墨烯样品的原子模拟，并将其应用于研究其机械性能。我们发现，裂纹起始于晶界相遇的点，然后主要在锯齿形或扶手椅方向通过晶粒传播，与最近的实验工作一致。与早期的理论预测相反，我们观察到正态分布的本征强度（约为单晶石墨烯的50%）和失效应变，它们不依赖于晶粒之间的取向差角。外推的晶粒尺寸超过15纳米的结果在一个失败的应变约0.09和杨氏模量约600 GPa。当晶界交汇点被识别为Griffith裂纹时，强度的降低可以用传统的连续介质模型来充分解释。
2012-05-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Predicting interface structures: From SrTiO$_3$ to graphene
我们在这里提出了一个完全第一性原理的方法来预测界面的原子结构。我们的方法是基于{ \it从头算}随机结构搜索（AIRSS）的方法，在这里适用于治疗二维缺陷。该方法依赖于在界面附近反复产生随机结构，并在密度泛函理论（DFT）的框架内使它们松弛。该方法简单，只需要一小组参数，可以很容易地连接到感兴趣的系统的化学，和有效的，理想地适应于高通量的第一性原理计算现代并行架构。作为第一性原理，我们的方法是可转移的，一个通用的计算方法，用于确定接口的结构的一个重要要求。两个结构和化学上非常不同的界面的结果在这里，石墨烯和钛酸锶（SrTiO $_3$）的晶界晶界。我们成功地发现了一个以前未知的低能晶界结构的石墨烯系统，以及恢复以前已知的较高的能量结构。对于SrTiO $_3$系统，我们研究了晶界附近的化学计量和非化学计量的组合物，并发现以前未知的所有化学计量的低能量结构。我们预测，这些低能量的结构有长程扭曲的基态晶体结构从界面散发到散装。
2014-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Valley to charge current conversion in graphene grain boundaries
分析了费米速度失配下晶界结的导电特性。我们提供了一个广义的狄拉克哈密顿模型，考虑到费米速度梯度的接口。散射问题的一般边界条件的匹配矩阵法的框架内推导。我们表明，界面的散射特性，如理论所预测的，强烈依赖于所使用的边界条件。我们表明，当谷简并被打破的电荷电流建立在晶界界面。这些发现提供了谷值充电电流转换器的工作原理，这是相关的谷值电子学的新兴领域。
2019-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Geometric Modeling of a Line of Alternating Disclinations: Application to Grain Boundaries in Graphene
本文通过(2+1)维引力中的爱因斯坦方程约化形式，对石墨烯中由五边形-七边形对构成的交替向错线晶界进行共形几何建模，解析得到诱导度规、标量曲率和和乐，证明曲率局域于缺陷线附近且远处渐近平坦，为Katanaev-Volovich框架提供了连接拓扑缺陷理论与石墨烯原子特征的具体实现。
2025-07-04 cond-mat.mtrl-sci gr-qc
Scattering of flexural acoustic phonons at grain boundaries in graphene
利用分子动力学模拟研究了长波长弯曲声子对石墨烯晶界的散射。三个对称的倾斜晶粒边界被认为是：一个与取向差角的$17.9^\circ$显示出的面外屈曲1.5 nm高和5 nm宽，一个与取向差角的$9.4^\circ$和面外屈曲0.6 nm高和1.7 nm宽，和一个与取向差角的$32.2^\circ$和没有面外屈曲。在平坦晶界处，对于1 nm以上的波长，声子透射率超过95%.屈曲边界在该波长范围内具有基本上较低的透射率，其中对于$17.9^\circ$边界的最小透射率为20%，对于$9.4^\circ$边界的最小透射率为40%。在屈曲边界，弯曲和纵向声子模式之间的耦合也被观察到。结果表明，长波长弯曲声子在石墨烯晶界的散射主要是由于面外屈曲。一个连续的散射过程的力学模型已经开发，提供了一个更深入的理解的散射过程，以及一种方法来计算长波长弯曲声子的屈曲尺寸的基础上的晶界的效果。
2014-04-30 cond-mat.mes-hall 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
Electronic transport through ordered and disordered graphene grain boundaries
通过数值求解含时薛定谔方程，研究了石墨烯中电子波包在不同结构晶界中的演化规律. WP从放置在其中一个颗粒上方的模拟STM尖端注入。用从头算和紧束缚方法计算了GBs的电子结构。已经确定了两个主要因素的能量依赖性的运输：两个相邻的石墨烯晶粒的取向差角和GB的原子结构。在由周期性重复的五边形-七边形对构成的有序GB的情况下，发现在高能量和低能量下的输运主要由取向差角决定，但费米能附近的输运与GB的电子结构相关。具有零取向差角的特定线缺陷（Lahiri等人，Nat Nanotechnol 2010，5：326）表现为金属纳米线，并且对于热电子或空穴显示出电子-空穴不对称性。为了生成在CVD石墨烯样品中实验发现的无序GB，已经开发了类似蒙特卡罗的程序。结果表明，降低输运的无序GB，主要归因于电子局域态所造成的C原子只有两个共价键。
2013-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Induced Surface Reconstruction of Cu
利用扫描隧道显微镜（STM）在超高真空（UHV）中对化学气相沉积（CVD）法在铜箔上合成的大单晶石墨烯颗粒进行了原子尺度的研究。热退火后，我们观察到周期性的表面凹陷（条纹图案），表现出长程序形成的区域中的铜覆盖的石墨烯的存在。我们认为，所观察到的条纹图案是由部分位错（这似乎是阶梯杆状）所形成的Cu表面重建所引起的应变的石墨烯覆盖层。此外，这些石墨烯晶粒被证明是更解耦的铜基板相比，先前研究的晶粒表现出莫尔图案。
2012-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-temperature thermal conductivity in polycrystalline graphene
对多晶石墨烯的低温热导率进行了理论研究。通过考虑样品边界、点缺陷和晶界上的散射，计算了三支声学声子的贡献。声子散射由于样品的边界和晶界示出，导致在$T^α$ -行为的热导率，其中$α$在1和2之间变化。这种行为被发现是更明显的纳米尺寸的晶界。PACS：65.80.Ck，81.05.ue，73.43.Cd
2012-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial (111) Films of Cu, Ni, and Cu$_xNi$_y$ on α-Al$_2$O$_3$(0001) for Graphene Growth by Chemical Vapor Deposition
评价（111）织构化的Cu、Ni和Cu $_x$ Ni $_y$的膜作为石墨烯的化学气相沉积的基底。在250 ℃至650 ℃的温度下，将400 nm至700 nm的金属厚度溅射到$α-$ Al $_2$ O $_3$（0001）的衬底上。然后将膜在管式炉中在1000 ℃下退火。X射线和电子背散射衍射测量表明，所有的薄膜具有（111）织构，但具有面内取向不同的晶粒$60^{\circ}$。所有薄膜的面内外延关系均为$[110]_{metal}$|| $[10\bar{1}0]_{{Al}_{2}{O}_{3}}$。在金属沉积之前在O $_2$中反应溅射Al导致超过97%的Ni膜的单一面内取向，但对Cu晶粒结构没有显著影响。透射电子显微镜显示干净的Ni/Al $_2$ O $_3$界面，确认了外延关系，并显示$60^{\circ}$孪晶晶粒的形成与Al $_2$ O $_3$表面上的特征相关。在退火过程中增加总压和Cu蒸气压降低了Cu和Cu $_x$ Ni $_y$薄膜的粗糙度。在Ni（111）膜上生长的石墨烯比在多晶Ni/SiO $_2$膜上生长的石墨烯更均匀，但仍然显示出在比晶粒之间的距离小得多的长度尺度上的厚度变化。
2012-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Topological Aspects of Charge-Carrier Transmission across Grain Boundaries in Graphene
我们系统地研究了载流子在多晶石墨烯中的晶界缺陷的传输通过紧束缚近似下的Landauer-Büttiker形式主义。计算结果表明，在低能量下，当Burger矢量${\mathbf b}=(1,0)$最小时，位错密度降低，透射率受到很强的抑制。所观察到的运输异常解释的角度来看，由于本地化状态的拓扑起源的背散射。这些状态与规范场有关，这些规范场与具有$n-m \neq 3q$（$q \in \mathbb{Z}$）的${\mathbf b}=(n,m)$的所有位错有关。我们的工作确定了一个重要来源的载流子散射所造成的拓扑缺陷存在于大面积石墨烯样品化学气相沉积。
2013-07-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structure-specific, mode-resolved phonon coherence and specularity at graphene grain boundaries
尽管它们的重要性，了解声子输运现象在薄膜和多晶固体，边界粗糙度散射声子镜面反射性和相干性的影响知之甚少，因为没有一般的方法来预测它们的依赖声子动量，频率，分支和边界形态。利用最近制定的原子S-矩阵方法，我们发展了一个理论的边界粗糙散射的模式分辨声子相干性和镜面反射参数的散射振幅。为了说明该理论，我们将其应用到声子散射在现实的非对称石墨烯晶界（GB）模型来自原子结构的预测。该方法进行了验证，通过比较其预测与频率分辨的结果从晶格动力学为基础的计算。我们证明了非相干散射几乎是完全扩散的。我们发现，声子散射在石墨烯GB是不扩散的，虽然相干性和镜面反射显着减少长波长弯曲声学声子。我们的方法可以推广到其他原子边界模型。
2020-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kinetically determined shapes of grain boundaries in CVD graphene
预测晶界的形状对于控制大石墨烯晶体的生长结果是至关重要的。全局能量最小搜索预测最稳定的最终结构与实验观察相矛盾。在这里，我们提出了蒙特卡罗模拟的动力学形成的晶界（GB）在石墨烯碰撞过程中的两个生长的石墨烯片。对全范围错误取向角$α$的结果GB进行分析，使我们能够识别隐藏的（来自事后分析，如显微镜）自由度-边缘错误取向角$β$。边缘取向差表征了初始结构而不是最终结构，因此提供了关于生长条件的更多信息。使用$β$使我们能够解释实验观察和理论工作之间的分歧。最后，我们报告了一个有趣的特殊情况下的零倾斜GB的结构是由两个变量描述初始岛屿的相对位移的分析。因此，我们提出了倾斜GB（$β\neq$ 0）和平移GB（$β$ = 0）的全范围的分析。基于我们的研究结果，我们提出了在实验中控制GB形态的策略，这为更好地控制石墨烯的结构和性能以用于高级应用铺平了道路。
2014-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Competing mechanisms govern the thermal rectification behavior in semi-stochastic polycrystalline graphene with graded grain-size distribution
本研究通过半随机多晶石墨烯模型，利用质心Voronoi细分和非平衡分子动力学模拟，揭示梯度晶粒分布下热整流由声子耦合与热导率温度依赖性竞争机制主导。
2023-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Facet-dependent Chemical Kinetics Governed Growth of Twisted Graphene Layers with Pre-designed Angles
School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University（上海科技大学物理科学与技术学院）；Center for Transformative Science, Shanghai Tech University（上海科技大学变革科学中心）；Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海微系统与信息技术研究所）；Suzhou Laboratory（苏州实验室）；Department of Chemistry, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学化学系）
通过理解晶粒指数与石墨烯生长动力学的相互作用，提出了一种在铂表面通过化学气相沉积生长预设角度扭曲石墨烯层的可扩展策略，揭示了晶粒取向依赖的表面形貌对石墨烯取向的影响，实现了对石墨烯叠层的可控折叠和撕裂。
2026-04-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electronic transport in polycrystalline graphene
大部分可用的宏观量的材料都是多晶的。石墨烯是最近发现的一种二维碳，具有在未来电子产品中取代硅的强大潜力，也不例外。越来越多的证据表明，使用各种技术获得的石墨烯样品具有多晶性质。晶界是多晶材料的固有拓扑缺陷，有望极大地改变石墨烯中的电子输运。在这里，我们发展了一个理论的载流子传输通过晶界组成的周期性阵列的位错在石墨烯的基础上的动量守恒原理。根据晶界结构，我们发现两种不同的传输行为-高透明度，或完美的反射载流子在非常大的能量范围。第一性原理量子输运计算被用来验证和进一步研究这种惊人的行为。我们的研究揭示了大面积石墨烯样品的输运性质。此外，具有可调传输间隙的周期性晶界的有目的的工程设计将允许控制电荷电流，而不需要在其他半金属石墨烯中引入体带隙。所提出的方法可以被视为构建实用石墨烯电子器件的一种手段。
2010-07-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical Resistivity of Polycrystalline Graphene: Effect of Grain-Boundary-Induced Strain Fields
我们揭示了晶界诱导的应变场在多晶石墨烯中的电子散射中的决定性作用。为此，我们制定了基于玻尔兹曼输运理论的模型，适当地考虑到作为一个重复的序列的七边形-五边形对的晶界（GB）的微观结构。应变场的影响在变形势理论中描述。为了比较，我们考虑了带电晶界静电势的散射。我们表明，在自然低GB收费的变形势散射占主导地位，并导致物理上合理的，什么是重要的，实验观察值的电阻率。对于尺寸为1 $μ$ m的不同类型的GB，它的范围为0.1至10 k $Ω$ $μ$ m，并且对取向差角有很强的依赖性。对于低角度高度带电的GB，两种散射机制可能会竞争。电阻率随着GB尺寸的减小而显著增加，并达到60 k $Ω$ $μ$ m或更高的值。它也是非常敏感的部分向错偶极子嵌入建模的不规则性的存在。随着显着的失真，我们发现电阻增加了一个数量级以上，这是直接相关的GB上的衍射的破坏。我们的研究结果可能是感兴趣的实验数据的解释和基于多晶和纳米晶石墨烯的电子器件的设计。
2022-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
