Suppression of nucleation density in twisted graphene domains grown on graphene/SiC template by sequential thermal process
本研究通过顺序热处理工艺在石墨烯/SiC模板上实现无金属CVD生长扭转石墨烯，显著抑制成核密度，并在1300°C阈值下改变成核行为，成功合成高比例扭转结构的少层石墨烯，为大规模电子应用提供有效途径。
2024-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Resolving the Nucleation Stage in Atomic Layer Deposition of Hafnium Oxide on Graphene
二维（2D）材料与功能性非2D材料（例如金属氧化物）的集成对于许多应用来说是至关重要的，但是这种非2D/2D界面的潜在机制在原子尺度上仍然很难理解。为了解决这个问题，我们在这里调查的原子层沉积（ALD）的重要金属氧化物HfO 2化学气相沉积石墨烯上使用原子分辨和元素特定的扫描透射电子显微镜（STEM）的成核阶段。为了避免来自预ALD石墨烯转移的聚合物残留物的任何有害影响，我们直接在生长的石墨烯上采用衬底辅助的ALD工艺，所述石墨烯仍然保留在其Cu生长催化剂载体上。因此，我们在原子尺度上解决了通过ALD控制非2D金属氧化物与2D材料集成的关键因素：特别是对于我们的衬底辅助ALD工艺，我们发现ALD工艺中负载Cu催化剂的石墨烯层依赖性催化参与。我们进一步确认在高分辨率的氧化物成核的石墨烯层之间的台阶等表面不规则性的作用。采用从扫描电子束的能量转移原位结晶的最初无定形ALD HfO 2在石墨烯上，我们观察到HfO 2结晶非平衡HfO 2多晶型物（立方/四方晶系）。最后，我们的数据表明石墨烯的大气外来碳污染对ALD工艺的关键作用，由此该污染在我们的条件下充当用于石墨烯上的金属氧化物ALD成核的无意的晶种层。由于在任何可扩展的2D材料加工中难以避免大气外来碳污染，因此这是2D材料涂层的ALD配方开发中的关键因素。结合我们的工作，突出了在2D材料上可扩展ALD氧化物生长的几个关键机制。
2019-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Contrasting Behavior of Carbon Nucleation in the Initial Stages of Graphene Epitaxial Growth on Stepped Metal Surfaces
利用密度泛函理论中的第一性原理计算，我们研究了在三种有代表性的阶梯金属表面：Ir（111）、Ru（0001）和Cu（111）上外延石墨烯生长的早期阶段中碳成核的能量学和动力学。我们发现在Ir（111）和Ru（0001）的平面上，两个碳原子相互排斥，而在Cu（111）上，它们更倾向于形成二聚体。此外，Ir和Ru表面上的台阶边缘不能作为单个碳吸附原子的有效捕获中心，但可以容易地促进碳二聚体的形成。这些对比的行为归因于C-C键和C-metal键之间的微妙竞争，并提出了一个简单的一般原则，预测的成核位置的C吸附在许多其他金属基板上的C-金属键强度作为最小输入。
2009-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Motion of water monomers reveals a kinetic barrier to ice nucleation on graphene
水的界面行为仍然是蛋白质折叠、摩擦和冰形成等领域的中心问题[1，2]。虽然水在界面处的结构和动力学性质与在本体中的结构和动力学性质有很大不同，但我们在分子水平上的知识仍然存在重大差距，使我们无法理解这些无处不在的化学过程。关于水的微观运动的信息主要来自计算机模拟[3，4]，但原子尺度上的分子动力学在很大程度上未通过实验探索。在这里，我们提出的实验结果结合从头计算提供了一个详细的洞察水单体的石墨烯表面上的行为。我们表明，运动发生在石墨烯晶格上的激活跳跃。由于单体之间的排斥力，水扩散的动力学显示出非常强的合作行为的签名。的排斥力提高单体的寿命（$t_m \approx 3$在$T_S = 125$ K）在$\textit{free-gas}$阶段之前的冰岛的成核，反过来，提供了我们的实验进行的机会。我们的研究结果提供了一个独特的分子视角的障碍，冰成核的材料表面，提供了新的途径来理解和潜在的控制更一般的冰形成过程。
2021-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Metal adsorption and nucleation on free-standing graphene by low-energy electron point source microscopy (graphene intercalation)
金属与碳材料，特别是与石墨烯的相互作用对于各种技术应用是重要的。特别地，碱金属的插层被认为提供了用于调节石墨烯的电子性质以用于器件应用的手段。虽然可以很容易地研究这种嵌入事件的宏观效应，但在原子尺度上详细地并在明确定义的实验条件下跟踪相关过程构成了挑战。在这里，我们原位研究的吸附和成核的碱金属K，Cs和Li的独立石墨烯通过低能电子点源显微镜。我们发现，碱金属很容易插层之间的双层石墨烯。事实上，K和Cs的平衡分布有利于在双层之间比在单层石墨烯上高得多的颗粒密度。我们得到了这两个域之间的结合自由能的差异的定量值。我们的研究是完成了一个控制实验引入Pd作为代表的非碱金属。现在，我们在单层和双层石墨烯上观察到相等程度的团簇形成，但是没有插层。因此，我们的调查构成了第一次原位研究的金属原子吸附的不同特异性的独立石墨烯。
2023-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Aluminum oxide nucleation in the early stages of atomic layer deposition on epitaxial graphene
采用原子力显微镜（AFM）和拉曼光谱（Raman）研究了在碳化硅（4H-SiC）表面单层外延石墨烯（EG）上直接原子层沉积（ALD）过程中氧化铝（Al2O3）的成核和生长机制。与对于其他类型的石墨烯通常观察到的相反，在EG的情况下观察到大且均匀密度的成核位点，并且归因于EG/SiC界面处缓冲层的存在。沉积过程的特征在于在非常早期的阶段中的Al2O3岛生长，随后在仅40个ALD循环之后由于岛聚结而形成连续的Al2O3膜（2.4 nm厚），以及随后的逐层生长。拉曼光谱分析表明ALD工艺对EG的缺陷密度和掺杂的影响很小。EG应变也几乎不受岛屿生长和合并的制度中的沉积，而一个显着的增加后，观察到一个紧凑的Al2O3膜的形成。所获得的结果对于需要集成超薄高k绝缘体的外延石墨烯的器件应用具有重要影响。
2020-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the mystery of nucleation and growth of carbon nanotube and layered graphene inside carbon arc-discharge
通过对石墨阳极在不同实验条件下的腐蚀观察，以及对腐蚀后阳极表面形貌、阴极沉积物及其成分的分析，建立了电弧放电法制备碳纳米管和层状石墨烯的模型。据预测，冷的热冲击，由阳极斑点的快速移动触发，导致在阳极表面上的一些选定的位置处的裂纹微分支。这些裂纹微分支分裂和片段的基底平面对相邻的微晶成弯曲的石墨纳米带与最小的两个基底平面。这些纳米带进一步与尘埃碳等离子体中存在的C2和C3前体发生化学反应，并在刚从阳极分离后以CNT或层状石墨烯的形式演变，这取决于它们所暴露的气体环境的粘度和组成。
2019-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Controlling GaN nucleation via O$_2$-plasma-perforated graphene masks on c-plane sapphire
本研究通过O$_2$等离子体穿孔石墨烯掩模调控$f_p$，结合实验与kMC模拟，揭示$f_p$是控制GaN成核密度与延迟的关键参数，为二维掩模外延生长提供定量依据。
2025-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nucleation of twinning dislocation loops in fcc metals
面心立方金属中的形变孪晶在其形变机制图中占有不可或缺的位置，它只在特定的材料特性、微观结构和载荷条件下才发生。然而，专门的研究很少进行，以探讨介导这一过程的孪晶位错的基本属性。在这里，我们采用原子计算和连续模拟相结合的方法来研究面心立方晶体结构金属中孪晶位错环的成核。除了传统的层-层孪晶形核模型外，本文还研究了新提出的交替剪切机制，确定了孪晶环形核的能垒和剪切应力。我们发现后一种机制的形核应力小于前一种机制。该研究还强调了临界回路尺寸和分数Burgers矢量与施加的剪切载荷的非均匀变化。
2020-10-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Super nucleation and orientation of poly (butylene terephthalate) crystals in nanocomposites containing highly reduced graphene oxide
在还原氧化石墨烯（RGO）的存在下，通过开环聚合将环状对苯二甲酸丁二醇酯聚合成聚对苯二甲酸丁二醇酯（pCBT），是制备聚合物纳米复合材料的有效方法。包含RGO纳米片显著影响pCBT的结晶，使结晶峰温度向更高的温度移动，并且总体上增加结晶速率。这是由于由RGO引起的超级成核效应，其通过高度还原的氧化石墨烯而最大化。此外，通过差示扫描量热法（DSC）实验和广角X射线衍射（WAXS）的组合分析显示形成了厚的α-结晶形式pCBT薄片，其熔点为约250 °C，接近pCBT的平衡熔融温度。WAXS还证明了pCBT晶体与RGO纳米片的成对取向，表明pCBT和RGO平面的芳环之间存在强的界面相互作用，特别是与高度还原的氧化石墨烯。聚合物在RGO纳米片上的这种表面自组织可以用于增强其聚合物纳米复合材料中的界面性质。
2017-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced dendrite nucleation and Li-clustering at vacancies on graphene
本文研究石墨烯表面锂团簇形成机制，发现无缺陷表面因Li2和Li3团簇热力学不稳定而抑制成核，而空位显著促进团簇化，从而揭示了电镀型生长与枝晶成核两种锂生长模式的微观起源。
2023-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation and growth of single wall carbon nanotubes
通过使用非常有限数量的基本过程，即Stone-Wales缺陷和碳双晶，定性地描述了由单层石墨烯包围的碳饱和催化颗粒的单壁碳纳米管的成核和生长。不同配置的能量估计通过使用Tersoff能量最小化方案。这样的描述与管的各种尺寸或螺旋度兼容。几种机制的胚胎的生长被认为是：其中之一是更有利的，当管胚胎被安排在一个六边形的网络中的石墨烯平面。所有提出的机制可以无限重复的纳米管的生长。
2005-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Deterministic patterned growth of high-mobility large-crystal graphene: a path towards wafer scale integration
我们展示了快速确定性（播种）的石墨烯的大单晶生长的化学气相沉积（CVD）利用预图案化的铜基板与铬成核网站。石墨烯单晶阵列大到几百微米，生长周期高达1毫米。石墨烯转移到目标基板使用对齐和无污染的半干法转移。通过拉曼光谱和传输测量证实了合成石墨烯的高质量，当转移到六方氮化硼顶部时，证明室温载流子迁移率为21 000 cm 2/ V s。通过根据所需的器件几何形状定制大单晶的成核，将有可能生产基于单晶石墨烯的复杂器件架构，从而为在晶圆级制造中采用CVD石墨烯铺平道路。
2016-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation and cap formation on symmetric metal nanocatalysts: A first step towards chirality-controlled single-walled carbon nanotube growth
纳米催化剂的表面势能的对称极小值作为成核位点，用于在低温下手性选择性地初始生长单壁碳管。成核位置是吸附碳的最大配位数的位置。我们使用五重对称的一个五边形金字塔的二十面体。从成核位点开始的初始锯齿形结构导致六边形和五边形的形成，从而导致异常帽形成。讨论了可能的帽剥离机制。
2013-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Surface Orientation Strengthening in Metallic Nanowires
由于纳米线具有大的自由表面和强的各向异性，其力学性能与体材料不同。在本文中，NW的强度依赖于其表面取向的强烈揭示，并已确定两种模式的位错形核：角形核和表面形核。表面形核的激活能和激活体积远大于拐角形核的激活能和激活体积。第一位错的形核方式不同，是由于第一位错的侧面与{111}型滑移面相交而引起的。
2016-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Chemisorbed Oxygen on the Growth of Graphene on Cu(100) by Chemical Vapor Deposition
理解铜衬底表面对称性和氧杂质对通过化学气相沉积生长石墨烯的影响对于开发用于生产高质量石墨烯的技术是重要的。因此，我们研究了在超高真空室中通过在清洁的Cu（100）表面和预先掺杂有化学吸附氧层的Cu（100）表面上催化分解乙烯来生长石墨烯。采用\emph{in-situ}低能电子衍射仪对石墨烯薄膜的晶体结构进行了表征。通过在乙烯中将清洁的Cu（100）衬底从室温加热到生长温度，形成外延石墨烯膜。晶体质量被发现强烈地依赖于生长温度。在900 $^\circ$ C下，形成了良好有序的双域石墨烯膜。发现在石墨烯生长之前用氧的化学吸附层预给药Cu（100）表面通过诱导石墨烯晶粒相对于Cu（100）基底的高得多的旋转无序度而不利地影响石墨烯覆盖层的晶体质量。用\emph{ex-situ}扫描电子显微镜监测成核初始阶段期间石墨烯岛的生长形态。通过在生长之前向Cu（100）表面预投加化学吸附氧层，观察到石墨烯岛的成核速率下降一个数量级。成核速率的这种降低导致形成大得多的石墨烯岛。因此，在石墨烯生长期间氧的存在影响在Cu（100）衬底上生长的膜内晶粒的相对取向和平均尺寸。
2014-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Experimental studies of crystal nucleation: metals and colloids
结晶是最重要的一级相变之一。在金属和合金的情况下，液相是材料生产的母相。结晶过程的条件控制了凝固材料的化学和物理性质。成核引发液体的结晶。它选择晶相，稳定或亚稳定。因此，它的详细知识对于材料设计是强制性的。本文介绍了金属和合金形核研究的无容器处理技术。我们证明了这些方法的稳定固体的晶体成核的权力，但特别是在极端过冷度的亚稳固体的晶体成核的调查。这涉及到异质成核与同质成核以及非平衡条件的问题。在经典成核理论下对实验结果进行了分析，均质成核的活化能取决于界面能和固液吉布斯自由能之差。界面能是成核过程的势垒。在金属的情况下，它的实验测定是困难的。因此，在这项工作的第二部分中，我们将探讨使用胶体悬浮液作为结晶过程的模型。通过光学技术和利用高强度同步辐射的超小角X射线衍射原位观察了它们的成核过程。它允许一个明确的歧视均匀和非均匀的成核以及确定的固液界面的界面自由能。我们的研究结果被用来构建特恩布尔图的胶体，这是讨论有关的特恩布尔图的金属和支持的假设，胶体是有用的模型系统来调查晶体成核。
2016-05-25 cond-mat.mtrl-sci
The size effect on nucleation process during solidification of metals
本文通过对比薄平板和块体样品，揭示了金属凝固形核过程中尺寸效应的影响：平板样品形核主要受模具壁表面活性控制，而块体样品还受杂质、温度和密度涨落等因素共同作用。
2025-07-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Molecular simulations of heterogeneous ice nucleation. II. Peeling back the layers
提出了粗粒度分子动力学模拟，其中研究了冰成核速率对石墨烯纳米片的亲水性的敏感性。我们发现，存在一个最佳的相互作用强度，促进冰成核，这与以前发现的面心立方（111）表面。我们进一步研究的作用，分层的界面水在非均质冰成核，并证明分层的程度是不是一个很好的指标，所有表面的冰成核能力。我们的研究结果表明，要成为一个有效的冰成核剂，表面不应该结合水太强，如果它能够容纳高覆盖率的水。
2015-05-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Time-Resolved In Situ Liquid-Phase Atomic Force Microscopy and Infrared Nanospectroscopy during the Formation of Metal-Organic Framework Thin Films
金属有机骨架（MOF）薄膜作为智能膜和光催化涂层显示出无与伦比的前景。然而，它们的成核和生长所导致的复杂的分子组装过程还没有得到很好的理解，但至关重要的控制薄膜的性能。在这里，我们直接观察HKUST-1薄膜的成核和生长行为的实时原位原子力显微镜在不同温度下的Cu-BTC溶液。结合非原位红外（纳米）光谱，在25°C下的合成揭示了被连续成核但缓慢生长的HKUST-1毯包围的快速生长的HKUST-1岛的初始成核。在13°C和50°C下的监测显示温度对薄膜形成的强烈影响，导致（部分）成核和生长抑制。的成核和生长机制，以及它们的动力学提供的见解，以帮助在未来的合理设计的MOF薄膜。
2020-02-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Triggering the Continuous Growth of Graphene toward Millimeter Size Grain
在这篇报告中，我们展示了一种简单而有效的策略，通过调节化学气相沉积过程中反应物的供应来合成毫米级石墨烯单晶颗粒。聚苯乙烯用作碳源。通过对碳源进行脉冲加热来降低石墨烯在铜箔上的成核密度，同时通过逐渐提高碳源温度和氢气流量来驱动石墨烯颗粒的连续生长。结果表明，石墨烯的成核密度可控制在100个/cm ~ 2左右，单晶尺寸可达1.2 mm左右，拉曼光谱、透射电镜和电输运测试表明，石墨烯的质量较高。这里提出的策略提供了非常好的可控性，并使大型石墨烯单晶成为可能，这对实际应用至关重要。
2012-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Homogeneous Nucleation and Forest Hardening Result in Thermal Hardening Phenomenon in Shock Loaded BCC Metals
高应变率下热硬化现象的解释是近年来冲击波物理研究中的一个重要问题。本文从位错产生的角度对这一问题进行了研究，得出了一个新的结论：除了声子拖曳机制外，均匀形核（HN）引起的森林硬化也会导致BCC金属的热硬化行为。通过基于位错的晶体塑性模型的数值模拟，我们定量地再现了实验结果，并预测了其他BCC金属的热硬化行为，即，莫，在更高的温度下。
2018-09-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Heterointerface control over lithium-induced phase transitions in MoS2 heterostructures
二维材料及其异质结构的相变使得许多应用成为可能，包括电化学能量存储、催化和存储器;然而，这些转变进行的成核途径仍然未被探索，阻碍了对这些应用的工程控制。在这里，我们证明了锂嵌入诱导的2 H-1 T '相变在MoS 2的进行通过在异质界面处的1 T'相的成核，通过监测相变的MoS 2/石墨烯和MoS 2/六方氮化硼（hBN）异质结构在嵌入过程中的拉曼光谱原位。我们观察到，与hBN-MoS 2异质界面相比，石墨烯-MoS 2异质界面需要在所施加的电化学电势中增加0.8V以使MoS 2中的1 T '相成核。石墨烯-MoS 2异质界面处增加的成核势垒是由于异质界面处从锂到MoS 2的电荷转移减少，因为基于从头计算，锂也掺杂石墨烯。此外，我们表明，1 T '域的增长传播沿异质界面，而不是通过内部的MoS 2。我们的结果提供了第一个实验观察的异质形核和生长的嵌入诱导的相变在二维材料和异质界面的影响，他们的相变。
2021-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the SiC surface - a morphology study on the epitaxial growth of graphene and its buffer layer
我们使用原子力显微镜研究了石墨烯缓冲层的生长和碳化硅衬底表面的台阶聚束行为。局部缓冲层域的形成被确定为不期望的高步骤的边缘的起源与一个一般模型的步骤动态的预测非常一致。所应用的聚合物辅助升华生长方法表明，抑制这种行为的关键原理是缓冲层的均匀成核。以这种方式，碳化硅表面被稳定化，使得在各种碳化硅衬底表面上的石墨烯生长期间可以保留超平坦表面。实验结果的分析描述了不同的生长模式，通过强调缓冲层成核和临界质量传输过程的重要性，扩展了目前对外延石墨烯生长的理解。
2017-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Controllable Freezing Transparency for Water Ice on Scalable Graphene Films on Copper
本研究首次提出石墨烯在铜上的“冻结透明性”概念，发现CVD石墨烯不改变铜上水冻结温度曲线，且通过化学功能化可实现对冻结行为的可控调节或消除透明性。
2024-03-22 cond-mat.mtrl-sci
On the origin and universality of dislocation creation and void nucleation in FCC ductile metals
通过分子动力学模拟和理论分析，阐明了面心立方（FCC）韧性金属单轴拉伸过程中位错产生和空洞形核的起源。结果表明，位错的产生经历了三个不同的阶段：（i）热涨落随机激活扁平八面体结构（FOSs），（ii）FOSs在密排面上自组织堆积形成双层缺陷团，（iii）FOSs在密排面上自组织堆积形成双层缺陷团，（iv）FOSs在密排面上自组织堆积形成双层缺陷团。（iii）被肖克莱部分位错包围的堆垛层错是由双位错产生的，层缺陷簇由于内部原子的相对滑移。而空洞的形核过程可以分为两个阶段：（i）首先由不同层错交叉形成空位串;（ii）然后空位串通过发射位错转变为空洞。我们表明，我们的研究结果的位错产生和空洞成核的起源是普遍的各种FCC韧性金属低堆垛层错能。
2013-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of edge structures on elastic modulus and fracture of graphene nanoribbons under uniaxial tension
基于原子模拟，预测了单层石墨烯纳米带在准静态单轴拉伸下的非线性弹性性质，强调了边缘结构（扶手椅和锯齿形，无氢钝化和有氢钝化）的影响.原子模拟的结果解释热力学的理论框架内，这使得应变相关的边缘能量和氢吸附能的非线性函数的确定，锯齿形和扶手椅边缘。由于边缘效应的影响，石墨烯纳米带在无限小应变下的初始杨氏模量随边缘手性和带宽的变化而变化。此外，发现扶手椅型石墨烯纳米带的标称断裂应变比锯齿形带低得多。两种不同的断裂机制被确定，与锯齿形带和边缘控制的扶手椅带的非均质形核。氢钝化的边缘被发现有锯齿形石墨烯纳米带的机械性能的影响可以忽略不计，但其效果是更显着的扶手椅带。
2010-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ductile damage model for metal forming simulations including refined description of void nucleation
我们解决的预测韧性损伤和材料各向异性积累在塑性形变的金属。提出了一种新的唯象金属塑性模型，该模型适用于工件材料的大变形。该模型综合考虑了非线性各向同性/随动硬化、应变驱动损伤和应力响应的率相关性。在该模型中，加工硬化和损伤演化完全耦合。运动学的描述是基于Lion提出的变形梯度的双重乘法分解。引入一个额外的乘法分解，以考虑材料的损伤引起的体积增加。该模型是制定在一个可容许的方式。在所提出的框架的一个简单的例子中，材料孔隙率被采用作为损伤的粗略测量。在综合考虑各种形核机制的基础上，提出了一个新的简单的空穴形核规则。特别地，该规则适用于在扭转下比在拉伸下表现出更高的空隙成核率的材料。材料模型被实施到有限元程序Abaqus和模拟拉深过程。该算法的鲁棒性和性能的配方证明。
2015-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Visualizing metal-mediated nucleation and growth of GaN
University of Michigan（密歇根大学）；University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）
研究通过E-TEM和吉布斯自由能计算揭示金属介导的GaN成核与生长机制，强调Ga/GaN界面在促进NH3分解和GaN生长中的关键作用。
2025-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
First-Principles Thermodynamics of Graphene Growth on Cu Surface
化学气相沉积（CVD）是在衬底上合成石墨烯的一种重要方法。最近，Cu成为用于石墨烯生长的最流行的CVD衬底。本文采用电子结构计算、分子动力学模拟和热力学分析相结合的方法研究了石墨烯在铜表面的生长过程。作为一个基本上重要的，但以前被忽视的事实，我们发现，在典型的实验条件下，碳原子在铜表面上是有害的。因此，用于石墨烯生长的活性物质应该主要是CHx而不是原子碳。基于这一新的图像，可以理解成核行为，这解释了许多实验观察，也为我们提供了指导，以提高石墨烯样品的质量。
2011-08-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Influence of Elastic Oscillations on Nucleation in Metals
Physico-Technological Institute of Metals and Alloys of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院金属与合金物理技术研究所）；V.G. Baryakhtar Institute of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院V.G.巴里亚赫塔尔磁学研究所）
本研究通过实验揭示弹性振动通过机械冲击和空化侵蚀提高金属成核率的机制，为控制结晶结构提供理论支持。
2026-02-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Seeding ice growth at ambient conditions using nano graphene oxide
由于表面的非极性和水的高蒸汽压，在环境条件下疏水表面上的水润湿是不允许的。然而，亚毫米大小的亲水性斑块的存在允许沙漠甲虫的蜡状翅膀被晨雾覆盖。在这里，我们表明，喷洒的氧化石墨烯纳米片（nanoparticles）是有效的冷凝水纳米滴和播种冰外延石墨在环境条件下。通过控制相对湿度和nanoGO密度，我们能够在20小时的时间尺度上研究完整的冰润湿层的形成。这为使用非接触式原子力显微镜实时可视化冰成核和生长提供了前所未有的机会。奥斯特瓦尔德在1897年提出的结晶阶段首次在微观水平上完全展开。我们获得的实时图像的顺序相变从无定形冰到一个短暂的立方冰Ic阶段，最后到稳定的六边形冰Ih。最有趣的是，我们发现冰的成核和生长可以通过修饰nanoGO的官能团以及nanoGO之间的分子间氢键来影响。这提供了一种控制非均匀冰成核和雪晶形成的策略。
2013-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric field driven insulator-to-metal phase transitions
我们发现，足够强的电场可以触发绝缘体中针状金属胚的成核，即使当金属相在没有电场的情况下在能量上是不利的。这种普遍现象是由于胚胎获得的巨大的诱导偶极矩导致足够的静电能量增益。成核动力学是指数加速的场诱导抑制成核障碍。我们的理论打开了场驱动材料合成的场地。特别地，我们简要地讨论了在标准压力下金属氢的合成。
2011-11-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Nucleation and growth of germanium islands during layer exchange metal-induced crystallization
最近，非晶锗薄膜的铝诱导层交换结晶得到了证实，并提供了一个合适的系统来表征、建模和控制非晶衬底上的锗晶体生长。直接观察Ge转移到Al的表面通过插入的GeOx界面层允许独立测量的密度和平均面积的结晶Ge岛上形成的表面上。基于这些实验观察，Johnson-Mehl-Avrami-Kologoromov相变理论扩展到模型纳米级的成核和生长的Ge岛在两个维度。随着时间的增加，Ge岛的生长机制从原子附着限制转变为表面扩散限制。这些制度之间的过渡点取决于Ge成核位点密度和退火温度。最后，我们表明，局部偏置电压应力的界面层控制的面密度的成核锗岛的膜表面上。
2010-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Molybdenum Disulphide Nanoflakes Grown by Chemical Vapour Deposition on Graphite: Nucleation, Orientation, and Charge Transfer
化学气相沉积法在石墨烯上生长的二维二硫化钼是一种在光电子学和催化领域有应用前景的范德华体系。为了扩展对二硫化钼在石墨烯上的生长和固有性质的基本理解，二硫化钼在高度取向的热解石墨上是合适的模型系统。在这里，我们表明，实验和密度泛函理论计算，二硫化钼薄片生长在两个方向。其中一个方向在能量上是优选的，另一个方向旋转30度。由于我们的计算证实的高能量势垒的两个方向是稳定的，在室温下，它们的开关只能被迫由外部刺激，即通过扫描隧道显微镜尖端。结合开尔文探针显微镜和拉曼光谱测量表明，具有几百纳米的典型尺寸的薄片比经常研究的剥离的二硫化钼单层掺杂少。
2019-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Interplay of structural and dynamical heterogeneity in the nucleation mechanism in Ni
获得对金属合金中晶体成核过程的基本理解对于开发和设计具有目标特性的高性能材料至关重要。然而，结晶是一个复杂的非平衡过程，尽管已经研究了几十年，但迄今为止，控制材料结晶机制的微观方面仍然难以捉摸。最近的证据表明，在过冷液体的空间不均匀性，其特征在于具有独特的流动性和秩序的扩展区域，可能是一个关键的微观因素，决定晶体成核的机制。这些发现推进了我们对结晶的基本性质的看法，因为大多数研究都假设晶体团簇在“均匀”液体中从随机波动中成核。在这里，通过分析过渡路径采样轨迹，我们表明，动力学的不均匀性起着关键的作用，在金属元素，镍晶体成核的机制。我们的研究结果表明，结晶优先发生在过冷液体中的低流动性的区域，证明在Ni晶体成核的集体动力学性质。此外，我们的研究结果表明，低流动性区域形成之前，空间上与作为前驱体的晶体相，随后出现的预定域重叠。我们的研究结果表明，在过冷液体的动力学和结构的异质性及其对成核机制的影响之间有着明确的联系，揭示了微观描述符，可以铺平一条新的途径来控制金属结晶过程。
2021-12-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Breaking of symmetry in graphene growth on metal substrates
在石墨烯生长中，岛对称性可以变得低于石墨烯和衬底两者的本征对称性。第一性原理计算和蒙特卡罗模拟解释了在我们的实验和早期研究中观察到的各种金属表面对称性的形状。对于平衡形状，边缘能量变化$δE$表现在具有不同基态边缘结构的扭曲六边形中。在生长或成核过程中，能量变化以$\sim e^{δE / k_{B} T}$的形式呈指数形式进入，强烈地放大了对称性破缺，直到完全改变形状为三角形、带状或菱形。
2015-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Dislocation nucleation and vacancy formation during high-speed deformation of fcc metals
最近，Kiritani等人提出了无位错变形机制，基于一系列实验，其中FCC金属的薄箔在非常高的应变速率下变形。在实验研究中，他们观察到大密度的堆垛层错四面体，但变形后箔中的位错密度非常低。这被解释为一种新的无位错变形机制的证据，导致非常高的空位产生率。在本文中，我们调查这一命题使用大规模的计算机模拟散装和薄膜的铜。为了有利于这种无位错的变形机制，我们通过在初始配置中不引入任何潜在的位错源来使位错成核非常困难。然而，我们观察到位错环的形核，并且形变由位错进行。位错成核为单个的肖克莱分位错。在位错成核之前所需的大应力导致非常高的位错密度，并且因此导致位错之间的许多非弹性相互作用。这些相互作用产生空位，并且很快达到非常大的空位浓度。
2001-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Graphene edge from A to Z - and the origins of nanotube chirality
推导了任意石墨烯边的能量解析表达式。它包含一个“化学相移”，由边缘的化学条件决定。直接原子计算支持关系的普遍性质。对于石墨烯的形成，空隙或条带的形状，这对于在成核阶段通过化学手段选择和控制纳米管手性具有进一步的重要意义。
2010-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A rigorous data-driven approach to the nucleation of defects in metals exploiting the link between kinetic properties and (dis)order parameters
本文提出一种基于变分原理的数据驱动方法，通过优化序参数准确量化金属缺陷形核的动力学速率，并成功应用于面心立方铜中位错形核的机制表征与自由能推断。
2025-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Void Nucleation, Growth, and Coalescence in Irradiated Metals
介绍了一种新的计算处理致密，刚性，耦合反应速率方程研究的成核，生长，和可能的合并的空穴在中子辐照金属。辐射损伤模型的创建弗伦克尔对缺陷和氦杂质原子。一个多维的集群大小分布函数允许独立的演变的空位和氦含量的空腔，区分空隙和气泡。一个模型与固着腔和集群集群聚结可能会导致双峰最终空腔尺寸分布与共存的小，高压气泡和大，低压空隙。一个模型，包括不受阻碍的空腔扩散和合并，最终从系统中删除的小氦气泡，只留下大的空隙。空穴聚结也降低了末端空穴密度，并可大大改变孕育期和末端溶胀速率。沉淀物对空隙/气泡的温度依赖性捕获以及吸附杂质和内部气体压力对空隙表面扩散的改变可能会通过其对空腔流动性和聚结的影响引起中间溶胀行为。
2008-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Observing Li Nucleation at Li Metal-Solid Electrolyte Interface in All-Solid-State Batteries
本研究通过深度势能分子动力学模拟与增强采样技术，揭示了全固态锂电池中锂枝晶在负极/固态电解质界面处SEI内部成核的原子级机制，发现SEI的局域电子结构（带隙减小）是关键因素，为抑制锂枝晶策略提供指导。
2024-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Solvation Restructuring Accelerates Early SEI Nucleation in Lithium Metal Batteries
University of Illinois Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）
本文提出基于深度势的机器学习分子动力学框架，用于研究高浓度LiTFSI和LiPF6电解质中SEI的形成机制，揭示其对锂金属电池循环稳定性和倍率性能的影响。
2026-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Robust skyrmion nucleation and transport via composition gradient in rare earth-transition metal ferrimagnets
Scuola Normale Superiore（高等师范学院）；Italian Institute of Technology（意大利理工学院）；University of Genoa（热那亚大学）
本研究利用稀土-过渡金属亚铁磁体的成分梯度，实现了斯格明子的确定性成核与高速、低霍尔效应的可控输运，还可通过局域成分变化实现阈值控制的捕获与释放。
2026-10-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multi-probe detection of domain nucleation across the metal-insulator transition in VO$_2$
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Toyota Riken–Kyoto University Research Center (TRiKUC)（丰田理研-京都大学研究中心）
研究通过多探针技术分析VO₂在金属-绝缘体转变中的域分布，结合宏观与微观方法探讨晶粒尺寸对转变特性的影响及域核化过程的关联。
2026-05-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Crystallization of metallic glass as a grain-boundary nucleated process: experimental and theoretical evidence for the grain structure of metallic glasses
本文通过DSC和Avrami曲线实验证明金属玻璃在晶界形核并具有晶粒结构，反驳了其均匀冻结液体的传统观点，并通过解析模型阐明了双峰和三步特征的成因。
2025-06-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Model of the Electrostatics and Tunneling Current of Metal-Graphene Junctions and Metal-Insulator-Graphene Heterostructures
本文基于Bardeen转移哈密顿方法建立金属-绝缘体-石墨烯异质结构隧穿电流模型，并以金属-石墨烯结为例揭示微分接触电阻的影响因素。
2013-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The photoinduced hidden metallic phase of monoclinic VO2 driven by local nucleation via a self-amplification process
本文利用rt-TDDFT研究光激发VO2的绝缘体-金属转变，发现低激发下由光生空穴自陷和自放大驱动V-V二聚体解离形成长寿命单斜金属相，而高激发下才发生M1到R结构相变，从而验证了单斜金属相的存在并阐明了IMT的完整机制。
2024-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Charge-density depinning at metal contacts of graphene field-effect transistors
在石墨烯场效应晶体管的传输特性中经常观察到异常失真。我们制造的石墨烯晶体管与铁磁金属电极，可再现地显示扭曲的传输特性，并表明失真是由金属石墨烯接触没有电荷密度钉扎效应。实验上观察到了钉扎效应，其中栅极电压不能调节金属电极处石墨烯的电荷密度;然而，用易氧化的金属实现了无钉扎界面。对于具有石墨烯的柔性电子器件，变形应该是严重的问题。
2010-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Graphene growth and properties on metal substrates
石墨烯-金属界面作为一种有趣的石墨烯基物体，无论从应用还是基础科学的角度都受到了广泛的关注。本文对石墨烯-金属界面的生长和电子性质的实验研究进行了综述。这项工作将大量的实验和理论数据联系起来，使人们能够理解金属衬底对石墨烯覆盖层电子特性的影响，以及如何以可控的方式修改其特性。展望了石墨烯-金属界面的研究和应用前景。
2015-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Localization of metallicity and magnetic properties of graphene and of graphene nanoribbons doped with boron clusters
作为改变石墨烯本征性质的一种可能途径，我们利用密度泛函理论研究了嵌入硼团簇对石墨烯的掺杂。簇掺杂在技术上是相关的，因为簇注入技术可以容易地应用于石墨烯。我们发现嵌入石墨烯和石墨烯纳米带中的B7团簇结构稳定，并且局部金属化了系统。这是通过降低费米能级和在费米能级附近引入硼态来实现的。硼簇的线性链在石墨烯基质内形成金属“线”。在锯齿形边缘的石墨烯纳米颗粒中，与簇相关的状态倾向于与边缘和体状态杂交。硼掺杂的石墨烯系统中的磁性通常非常弱。硼团簇的存在削弱了锯齿形边缘石墨烯纳米颗粒的边缘磁性，而不是使该系统适合于自旋电子学。因此，用团簇注入技术掺杂石墨烯可能是一种可行的技术，以局部金属化石墨烯而不破坏其有吸引力的本体性质。
2013-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Graphene on metallic surfaces: problems and perspectives
本手稿总结了石墨烯-金属相互作用问题的现代观点。目前，d金属的紧密堆积表面被用作制备高度有序的石墨烯层的模板。对于这些系统可以引入不同的分类：晶格匹配表面上的石墨烯和晶格失配表面上的石墨烯，其中与金属基底的相互作用可以是“强”或“弱”的。在这里，这些分类，在所有情况下的电子结构的具体功能的重点，被认为是大量的实验和理论数据的基础上，总结和讨论。指出了石墨烯-金属界面在基础物理、应用物理和化学方面的研究前景。
2012-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Destruction of graphene by metal adatoms
本文计算了各种金属吸附原子和小金属团簇存在下石墨烯中单空位和双空位的形成能。结果表明，过渡金属杂质，如铁，镍，特别是钴显着降低空位形成能，而金杂质几乎没有影响的空位的特性。这一结果突出表明，需要采取特殊措施，以保护石墨烯免受过渡金属铅的损害。
2009-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the origin of band gap formation in graphene on metals: graphene on Cu/Ir(111)
理解石墨烯/金属界面相互作用的性质是石墨烯基电子和自旋传输器件的基础。在这里，我们调查石墨烯和金属衍生的电子状态之间的杂化通过研究诱导的变化通过插入的假晶单层的铜在石墨烯和Ir（111）之间，使用扫描隧道显微镜和光电子能谱学结合密度泛函理论计算。我们观察到的嵌入过程中的能带结构的修改及其伴随的变化，在界面处的电荷分布。通过能带杂化的状态选择性分析，我们能够确定它们对石墨烯的价带的贡献，从而引起能隙的打开。我们的方法揭示了负责在狄拉克点的石墨烯的电子结构的修改的机制，并允许预测其他石墨烯-金属界面的电子结构。
2014-06-06 cond-mat.mtrl-sci
