Half-metallic zigzag carbon nanotube dots
采用第一性原理对锯齿形碳纳米管的电子性质和半金属性质进行了全面的理论研究。与以往的报道不同，我们发现，所有的纳米管研究提出了一个自旋极化的基态，相反的自旋是本地化的两个锯齿形的边缘在一个远程antiferomagnetic配置。不同自旋状态的相对稳定性分析表明，对于较短的链段，即使在室温下也应该存在自旋有序。发现有限体系的最高占据和最低未占据分子轨道之间的能隙与纳米管段的长度成反比，从而提出了控制其电子性质的途径。与锯齿形石墨烯纳米带的情况类似，在外部轴向电场的影响下获得半金属行为。
2008-06-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Aharanov-Bohm effect for the edge states of zigzag carbon nanotubes
在20特斯拉左右的Aharanov-Bohm磁场作用下，金属锯齿形碳纳米管在狄拉克点附近的两个离域态可以被定域.纳米管的长度和直径对局域化的依赖性表明，可以观察到的局域化-离域的转变为2 nm直径的管。用形变诱导的规范场解释了局域化的机制，表明了局域化的拓扑性质。从离域态到局域态的跃迁可以通过扫描隧道显微镜和光谱学观察到。讨论了这种跃迁与自旋霍尔效应的相似性。
2007-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rectangular carbon nitrides C4N monolayers with a zigzag buckled structure: Quasi-one-dimensional Dirac nodal lines and topological flat edge states
基于第一性原理计算提出两种具有锯齿曲折结构的 C4N 单层，发现其具有准一维 Dirac 节线和边缘依赖的拓扑平带结构，Fermi 速度达 105 m/s，在高频电子器件中具应用潜力。
2024-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Unravelling a Zigzag Pathway for Hot-Carrier Collection at CH3NH3PbI3/Graphene Interfaces
由能量远高于带隙的光子激发的光激发的深带热载流子的捕获对于光伏和光电应用是非常重要的，因为它直接关系到光子到电子转换的量子效率。通过采用时间分辨光致发光和最先进的时域密度泛函理论，我们揭示了有机-无机杂化钙钛矿中的光激发热载流子更喜欢曲折的界面电荷转移路径，即，热载流子在它们达到电荷分离状态之前在CH 3 NH3 PbI 3和石墨烯之间来回转移。在量子相干性和层间振动模式的驱动下，在石墨烯-石墨烯界面处的这一路径需要大约400飞秒，比CH 3 NH3 PbI 3内的弛豫过程（几皮秒）快得多。我们进一步证明，传输速率的途径可以进一步提高界面缺陷。我们的工作提供了一个新的见解的基本理解和精确操纵的热载流子动力学在复杂的超导体-石墨烯界面，铺平了道路，高效的光伏和光电器件优化。
2020-07-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Fracture resistance of zigzag single walled carbon nanotubes
脆性断裂是单壁碳纳米管在机械载荷作用下的重要失效模式之一。在本文中，锯齿形单壁碳纳米管与预先存在的缺陷的断裂阻力计算断裂力学概念的基础上原子模拟。在有限温度下的不稳定裂纹生长的问题，大概是由晶格捕获效应引起的，是通过计算应变能释放率通过一系列的单壁碳纳米管的位移控制的拉伸载荷（通过移动原子的最外层在一端以恒定的应变速率9.4x10-4/ps）预先存在的各种长度的裂纹状缺陷。应变能释放率，G，计算为（17，0），（28，0）和（35，0）单壁碳纳米管（每个纵横比为4）与预先存在的裂纹长达29.5微米。在三种不同温度（1 K、300 K和500 K）下，将断裂阻力Gc确定为每个管的裂纹长度的函数。观察到Gc对裂纹长度的显著依赖性，这让人联想到宏观尺度下金属的R曲线上升行为：对于锯齿形纳米管，Gc在小长度下随裂纹长度增加，并且如果管直径足够大，则趋于达到恒定值。我们推测晶格陷阱效应在原子尺度上起着裂尖塑性的作用。例如，在300开尔文，当裂纹长度超过20埃时，纵横比为4的（35，0）管的Gc收敛到6焦耳/m2。该值与石墨和硅的断裂韧性相当。随着温度的升高，管的抗断裂性能显著降低。为了研究长度效应，重复计算具有相同的三个手性，但纵横比为8的锯齿形纳米管在1 K。
2015-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Rotation Symmetry Spontaneous Breaking of Edge States in Zigzag Carbon Nanotubes
得到了端键畸变的（N，0）型碳纳米管边缘态的解析解。发现边缘态通过畸变而混合。对于N=5和N>=7的总能量在末端键的不对称构型中低于具有轴旋转对称的构型。因此对称性会自发地被打破。结果表明，电子态的对称性取决于电子的占据，电子密度的分布会发生很大的变化，并且可以通过外加电场来控制.
2009-02-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Multiple Localized States and Magnetic Orderings in Partially Open Zigzag Carbon Nanotube Superlattices: An Ab Initio Study
利用第一性原理计算，我们研究了部分开放的锯齿形碳纳米管（CNT）超晶格的电磁性质。研究发现，这些超晶格在费米能级附近可以表现出多个局域态，这取决于它们的开放度。更重要的是，某些电子态被限制在结构的某些部分，甚至有特殊的磁序。我们证明，作为一个原则的证明，一些部分开放的锯齿形CNT超晶格本身是巨大的（100%）磁阻器件。此外，局域（和自旋极化）状态以及超晶格的带隙可以进一步调制由外部电场垂直于管轴，和沿管轴的偏置电压可以用来控制两个自旋态的电导。我们相信，这些结果将开辟新的纳米电子和自旋电子器件的生产方式。
2010-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic giant Stark effect of boron-carbon-nitride nanoribbons with zigzag edges
采用第一性原理计算研究了锯齿形硼碳氮（BCN）纳米带的电子性质，其中石墨烯纳米带边缘最外层的C原子被B或N原子取代.我们发现，BCN纳米带是金属，因为几个带交叉的费米能级。对于BCN纳米带在一个丰富的H $_2$的环境中，所谓的近自由电子状态出现在费米能级以上，因为固有的巨斯塔克效应，由于内部电场的横向偶极矩。近自由电子态的位置可以通过施加平行于偶极矩的电场来控制。氮原子的氢化是BCN纳米带中巨斯塔克效应出现的必要条件。我们还讨论了双层BCN纳米带中堆积顺序对本征巨斯塔克效应的影响。
2012-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Selective Functionalization of Halogens on Zigzag Graphene Nanoribbons: A Route to the Separation of Zigzag Graphene Nanoribbons
采用从头算赝势密度泛函方法，研究了卤素分子在石墨烯基锯齿形和扶手椅形纳米结构中的功能化。我们发现卤素分子通过化学吸附吸附在锯齿形边缘碳原子上，结合能约为1-5 eV，并且它们吸附在完美的锯齿形边缘上是优选的，与扶手椅边缘和其他地方的物理吸附形成鲜明对比，在那里它们吸附的结合能约为0.07 eV。我们认为，我们的研究结果将被用于一种方法来分离锯齿形石墨烯纳米带与规则的边缘与功能化纳米带的溶解度的变化。
2010-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Highly tunable spin-dependent electron transport through carbon atomic chains connecting two zigzag graphene nanoribbons
受最近成功从石墨烯中切割出稳定碳原子链的实验的启发，我们研究了连接两个锯齿形石墨烯纳米带的碳链的器件结构，其具有高度可调的自旋相关输运性质。基于非平衡格林函数方法结合密度泛函理论的计算表明，输运行为对铅的自旋构型和带隙中桥的位置很敏感.中间的桥给出了总体良好的耦合，除了在费米能周围，其中具有反平行自旋的引线产生小的传输间隙，而具有平行自旋的引线给出有限的态密度，并在碳链中的原子数方面引起电导的奇偶振荡。另一方面，在边缘处的桥显示出与自旋极化边缘态相关的输运行为，在传输函数中呈现出在费米能旁边的尖锐的纯$α$ -自旋和$β$ -自旋峰。这使得通过调整引线的自旋状态和桥位置来实现片上互连或自旋电子器件成为可能。
2012-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Interface States in Carbon Nanotube Junctions: Rolling up graphene
研究了碳纳米管分子内非手性管结中界面态的起源。通过将Born-von Karman边界条件应用于扶手椅和扶手椅终止的石墨烯层之间的界面，我们能够解释它们的数量和能量。我们发现，这些界面状态，costumarily归因于拓扑缺陷的存在下，实际上是与锯齿形边缘状态，如那些石墨烯锯齿形纳米带。空间本地化的界面状态被认为是变化很大，并可能延伸到任何一侧的交界处。我们的研究结果给出了一个不寻常的衰减长度测量半导体纳米管结的界面态的另一种解释，并可以进一步测试本地探针光谱。
2009-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exo-hydrogenated Single Wall Carbon Nanotubes
一个广泛的第一性原理研究完全exo-hydrogenated zigzag（n，0）和扶手椅（n，n）单壁碳纳米管（C $_n$ H $_n$），多面体分子，包括立方烷，十二面体，和C $_{60}$ H $_{60}$点的关键差异，在电子和原子结构相关的氢存储和设备的应用。估计C $_n$ H $_n$在（8，8）纳米管的半径内是稳定的，结合能与1/R成正比.将单个氢连接到任何纳米管上总是放热的。发现锯齿形纳米管的氢化比具有类似半径的扶手椅形纳米管更可能。我们的发现可能对选择性功能化和找到一种将相似半径的纳米管彼此分离的方法具有重要意义。
2001-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Carbon Nanotube Wools Directly from CO2 By Molten Electrolysis Value Driven Pathways to Carbon Dioxide Greenhouse Gas Mitigation
提出了一种气候减缓综合解决方案，通过熔融碳酸盐电解法从CO2中首次高产量、低能耗合成宏观长度的碳纳米管（CNT）羊毛，适用于编织成碳复合材料和纺织品。如果二氧化碳成为一种可寻求的资源而不是温室气体污染物，那么二氧化碳浓度的增加、同时发生的气候变化和物种灭绝就可以得到解决。由碳棉作为较轻的金属、纺织品和水泥替代物形成的廉价碳复合材料构成了一个主要的市场汇，用于复合储存转化的人为CO2。在蒙乃尔合金上生长的碳纳米管比钢长100倍。蒙乃尔合金、电解质平衡和混合金属成核促进了合成。CO2是这种转化中的唯一反应物，可直接从稀释（大气）或浓缩源中提取，并且成本仅受电力（低）成本的限制。今天，每吨CNT价值10万美元的估值激励了二氧化碳的去除。
2017-05-24 cond-mat.mtrl-sci
On-surface synthesis of graphene nanoribbons with zigzag edge topology
石墨烯基纳米结构表现出广泛的令人兴奋的电子特性，在扩展的石墨烯中是不存在的。例如，碳纳米管和扶手椅型石墨烯纳米带（AGNR）中的量子限制导致与其结构边界条件直接相关的大量电子带隙的开放。更有趣的是具有锯齿形边缘的纳米结构，预计这些纳米结构将具有自旋极化的电子边缘态，因此可以作为石墨烯基自旋电子学的关键元素。最突出的例子是锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs），其边缘状态被预测为沿着边缘铁磁耦合，并在它们之间反铁磁耦合。到目前为止，尚未实现对专门设计和控制的锯齿形边缘拓扑结构的自旋极化边缘态的直接观察。这主要是由于当前自顶向下方法的有限精度，这导致边缘结构定义不佳。另一方面，自下而上的制造方法到目前为止只成功地应用于AGNR和相关结构的生长。在这里，我们描述了成功的自下而上的合成ZGNRs，这是由表面辅助的colligation和环化脱氢的专门设计的前体单体，包括碳基团，产生原子精确的锯齿形边缘。利用扫描隧道谱，我们证明了具有大的能量分裂的边缘局域态的存在。我们预计，ZGNRs的可用性将最终允许表征其预测的自旋相关特性，如自旋限制和过滤，并最终将自旋自由度添加到基于石墨烯的电路中。
2015-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Peculiar Width Dependence of the Electronic Property of Carbon Nanoribbons
纳米带（纳米石墨带）是类似于碳纳米管的碳系统。我们通过一组两个整数$<p,q>$来表征宽类纳米带，然后根据$p$和$q$来定义宽度$w$。电子性质探索这类纳米带。锯齿形（扶手椅型）纳米带具有与扶手椅型（锯齿形）纳米管类似的电子性质。纳米带的带隙结构表现出与金属或几乎金属纳米带的流状序列的谷结构。这些序列对应于由$w$索引的等宽曲线。我们揭示了纳米带的电子性质对宽度$w$的特殊依赖性。
2006-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Circumventing the Stability Problems of Graphene Nanoribbon Zigzag Edges
锯齿形边缘碳纳米结构具有独特的性质，具有令人兴奋的潜在应用。这种纳米结构通常在真空下合成，因为它们的锯齿形边缘在环境条件下是不稳定的：必须克服这一障碍才能实现其可规模化开发。在这里，我们证明了化学保护/脱保护策略的可行性，这一目标，表现在不稳定的手性石墨烯纳米带（chGNRs）。在氢化时，chGNR在暴露于空气中后存活，之后它们通过退火容易地转化回其原始结构。我们还从另一个角度来解决这个问题，通过合成化学稳定的氧化形式的chGNRs，可以通过氢化和退火转化为原始的烃形式。这些发现可能代表了在器件中集成边缘纳米结构的重要一步。
2021-07-27 cond-mat.mtrl-sci
First principles study of electronic and structural properties of single walled zigzag boron nitride nanotubes doped with the elements of group IV
采用密度泛函理论研究了掺杂元素周期表第IV族元素的（10，0）-氮化硼纳米管（BNNT）的结构、电子性质和稳定性. HOMO-LUMO间隙已被强烈修改和处理的双重方式，通过选择B或N位的掺杂剂原子。形成能计算表明，B位掺杂比N位掺杂稳定.结果还表明，除了B位碳掺杂的BNNT外，所有掺杂剂都使BNNT转变为p型半导体。
2017-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Effects of hydrogen adsorption on single wall carbon nanotubes: Metallic hydrogen decoration
通过第一性原理计算，我们发现碳纳米管的电子结构和原子结构随着氢的化学吸附而发生剧烈的变化。当在半覆盖下均匀地外氢化时，锯齿形纳米管的截面变成字面上的正方形或矩形，并且它们是金属的，在费米能级具有非常高的态密度，而其他异构体可以是绝缘的。对于锯齿形和扶手椅形纳米管，每个碳原子从内部和外部氢化交替产生最稳定的异构体，具有非常弱的曲率依赖性和大的带隙。
2002-08-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
Susbtrate-Induced Stabilization and Reconstruction of Zigzag Edges in Graphene Nanoislands on Ni(111)
我们结合扫描隧道显微镜（STM）和密度泛函理论（DFT）的实验观察，揭示了Ni（111）上石墨烯最稳定的边缘结构以及堆叠驱动的激活和抑制边缘重构的作用。根据最外层碳原子相对于中空和顶部Ni位点的位置，锯齿形边缘具有非常不同的能量。三角形石墨烯纳米岛仅由更稳定的锯齿形中空边缘约束。在六边形纳米岛中，其被几何形状约束为沿着其周边交替的锯齿形中空和锯齿形顶部边缘，只有中空边缘是稳定的，而顶部边缘自发地重建成（57）五边形-七边形结构。原子分辨的STM图像与石墨烯和Ni位点的顶面-fcc或顶面-hcp外延堆叠一致，其中前者受到DFT的青睐。最后，我们发现，有一个一对一的关系之间的边缘类型，石墨烯堆叠，和取向的石墨烯岛。
2015-02-03 cond-mat.mtrl-sci
A Structural Insight into Mechanical Strength of Graphene-like Carbon and Carbon Nitride Networks
石墨烯是有史以来发现的最强材料之一，在过去十年中引发了许多2D材料的探索。然而，成功合成稳定的纳米材料需要对其结构和强度之间的关系有基本的了解。在本研究中，我们通过广泛的密度泛函理论计算，研究了8种不同的碳基二维纳米材料的力学性能。所考虑的结构是最近才实验合成或理论预测的。给出了相应的应力-应变曲线和弹性模量。它们可用于训练大规模仿真的力场参数。这些结果的比较分析揭示了单位面积的原子密度和弹性模量之间的直接关系。此外，对于具有扶手椅和Z字形取向的网络，我们观察到它们在Z字形方向上比扶手椅方向更可拉伸。的角分布和径向分布函数的临界分析表明，这可能是由于网络的更高的能力，以抑制在锯齿形方向上的键通过变形的键角的伸长。这项工作中提供的结构解释不仅提高了对2D材料强度的一般理解，而且使我们能够合理地设计它们以获得更高的质量。
2017-03-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Calculations of Electric Capacitance in Carbon and BN Nanotubes, and Zigzag Nanographite (BN, BCN) Ribbons
利用扩展的哈伯德模型和最近邻库仑相互作用研究了锯齿形纳米石墨带的电子态。具有沿两个边缘分离的相反电荷的电子状态类似于纳米电容器。因此，计算使用极化率关系定义的电容以检查纳米功能。我们发现，电容的行为是有很大的不同，这取决于系统是在磁或电荷极化阶段。在磁性相，电容是由边缘状态的存在，而带宽度是小的。随着带状物变得更宽，电容随着系统发展成金属锯齿形纳米管而保持大的量值。当系统对应于半导体纳米管并且系统也处于电荷极化相时，它与宽度的倒数成比例。后一种行为可以通过电荷激发的能隙的存在来理解。BN（BCN）纳米管和带中的电子结构与半导体相似。计算出的电容与正电极和负电极之间的距离成反比。
2005-05-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Electronic properties of zigzag, armchair and their hybrid quantum dots of graphene and boron-nitride with and without substitution: A DFT study
采用自旋极化密度泛函理论对扶手椅型石墨烯量子点和氮化硼量子点进行了计算，研究了碳/氮化硼取代对这两种量子点电子性质的影响.作为考虑更现实的量子点的第一步，已经考虑了作为Z字形QD和扶手椅QD的组合的量子点。针对GQD和BNQD探索了取代对这些混合量子点的影响，并将这些结果与取代的A-G/BN-QD及其锯齿形类似物的结果进行了比较和对比。我们的工作表明，边缘替代可以发挥重要的工具，同时调整量子点的电子性质。
2014-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Coupled spin states in armchair graphene nanoribbons with asymmetric zigzag edge extensions
本研究通过在扶手椅型石墨烯纳米带中引入不对称锯齿形边缘延伸构建子晶格不平衡结构，实现了可调的磁相互作用及铁磁自旋链，为碳基自旋电子器件制备提供了新途径。
2020-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Effect of Electron-RBM Phonon Interaction on Conductance of carbon nanotubes
采用能量分析微扰方法研究了电子-径向呼吸模（RBM）声子相互作用对长金属锯齿形碳纳米管（CNTs）电导率的影响.利用$π$紧束缚表达式的最近邻近似，通过区域折叠法计算了锯齿形碳纳米管的能带结构.计算中采用了两种不同近似的小空心柱体模型来获得RBM频率。计算了电子与$ - $ RBM声子相互作用对锯齿形碳纳米管电导的影响。已经观察到，由于系统中电子注入的吸收或发射，电流是偏置电压的阶跃$ - $样函数。此外，还研究了在低偏压和高偏压下电导与温度的关系。本文提出了一种简单实用的声子谱方法。此外，由于RBM模式决定了CNT的几何形状和结构，因此该方法可用于表征CNT。
2018-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural Trends Interpretation of the Metal-to-Semiconductor Transition in Deformed Carbon Nanotubes
通过一个简单的紧束缚模型，从理论上分析了单壁碳纳米管中驱动金属-半导体转变的两种机制。通过考虑简单的结构趋势，结果表明，金属到半导体的转变，可以更容易地诱导在金属锯齿形纳米管比扶手椅型纳米管。此外，它表明，这两种机制的效果，使两个原来等价的子晶格物理上可区分的。
2004-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Bond Lengths of Single-Walled Carbon Nanotubes
计算了单壁碳纳米管（SWNTs）的不同手性（扶手椅型、锯齿型和手性）的键长。我们使用修改后的螺旋和旋转对称性来描述单壁碳纳米管的结构和Tersoff势，以尽量减少这些管的能量。它出现，在一般情况下，需要两个键长获得最小的能量结构，在对比常用的一个键长。键长的差异取决于手性和非手性管的半径。值得注意的是，即使是一个小的偏离之字形或扶手椅字符导致有趣的行为的键长。直径的减小是造成非手性纳米管的键长不同的原因。我们还计算了静水压力下的键长。在压力下计算扶手椅型单壁纳米管的键长的行为表明，与较短的键长相比，较大的键长随压力减小得更快。在某个临界压力下（取决于管的半径），两个键长变得彼此相等，在该临界压力以上将它们的差反转。我们建议可以利用这种行为来实验确定碳纳米管的手性和半径，例如通过观察两种不同键长的典型模式的存在和消失。这种变化只发生在几个GPa的压力范围内。
2006-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Stability of multivacancies in graphene
利用密度泛函理论（DFT）计算研究了石墨烯多配体系统的稳定性。这项工作描述了锯齿形和扶手椅互补图形（即从石墨烯中提取的碳原子形成空位的图形）的每个碳原子的形成能的演变。与锯齿形系统相比，去掉扶手椅形互补图形后形成的多点纠缠系统在高阶（>5）时更加稳定。讨论了从5级空位（树枝状）构造6级空位的情况，并讨论了额外碳原子从石墨烯中去除的位置的依赖性。多核系统的稳定性可以通过在所得缺陷石墨烯结构中存在的五边形环的相对位置来解释，作为更相关的因素。影响石墨烯多配体系统稳定性的其他次要因素是悬挂键、磁性排列及其空间位阻。
2013-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Structural and Electronic Properties of Graphdiyne Carbon Nanotubes from Large-Scale DFT Calculations
使用大规模的DFT计算，我们研究了扶手椅和锯齿形石墨二炔纳米管的结构和电子性质作为尺寸的函数。为了深入了解这些属性，我们提出了新的详细计算的结构弛豫能，有效的电子/空穴质量，和尺寸缩放的带隙的大小和手性的函数，使用精确的屏蔽交换DFT计算。这些计算提供了迄今为止最大的石墨二炔纳米管的结构和电子性质的系统评估-高达1，296个原子和23，328个基函数。我们的计算发现，锯齿形石墨二炔纳米管（GDNT）的结构更稳定相比，扶手椅GDNT相同大小。此外，这些大规模的计算使我们能够提出简单的分析公式，以指导未来的实验工作，估计这些独特的纳米管作为手性和直径的函数的基本带隙。虽然扶手椅型和锯齿型GDNT的带隙可以作为尺寸的函数进行调节，但这两种不同手性中的每一种的电导率明显不同。锯齿形GDNT具有更宽的价带和导带，并且预计具有比扶手椅型GDNT更高的电子和空穴迁移率。
2018-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles study on controlling energy gap of graphene using hybrid armchair-zigzag nanostructures
采用密度泛函理论和非平衡格林函数方法研究了U型石墨烯纳米带和图案化纳米孔结构石墨烯的电子和输运性质.分析了它们的态密度、电子透射谱和分子轨道。结果表明，GNRs结在形成U型结构时，由于锯齿形边缘准束缚态的形成，结容易打开一个能隙。U型结构的尺寸对体系的电子输运有很大的影响。我们还考虑了U型GNRs结的拐角形状对能隙开放的影响。研究发现，随着一些碳原子被添加到内角，U形GNR的能隙发生了显着变化。对于图案化的纳米孔结构的石墨烯，计算结果表明，图案化的纳米孔的电子和通过GNRs结的输运性质的巨大影响，取决于纳米孔的形状，尺寸和数量。该研究表明，基于混合扶手椅型锯齿形纳米结构设计的定制石墨烯系统可以用于控制石墨烯的能隙。
2021-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Tunable adsorption on carbon nanotubes
我们从第一性原理出发研究了单原子氢和铝在单壁碳纳米管上的吸附。吸附是放热的，并且相关的结合能与锯齿形管的半径成反比。我们发现，单原子的吸附和相关性质可以连续和可逆地修改外部径向变形。随着径向变形量的增加，变形管高曲率处的结合能增加。曲率和径向变形的影响取决于管的手征性。
2001-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Edge states of zigzag graphene nanoribbons with B and N doping at edge atoms
采用紧束缚模型，理论研究了锯齿形石墨烯纳米带最外层的C原子被B和N原子取代后的锯齿形硼碳氮（BCN）纳米带的电子性质.结果表明，除了六倍超原胞的情况外，当B原子和N原子数目相等时，费米能级上出现平带和边缘态。为了研究BCN纳米带中边缘态的起源，我们考虑了具有锯齿形边缘的半无限石墨烯片，其中最外面的C原子被B和N原子取代。我们分析表明，在锯齿形的边缘和平坦的频带使用传输矩阵方法的边缘状态的存在。
2013-05-22 cond-mat.mes-hall 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
Appearance of Flat Bands and Edge States in Boron-Carbon-Nitride Nanoribbons
在具有锯齿形边缘的石墨烯纳米带中费米能级处的平带和边缘态的存在是纳米碳材料的最有趣和最吸引人的性质之一，但据信它们是相当脆弱的状态，并且当在边缘周围掺杂B和N原子时消失。本文采用第一性原理计算研究了锯齿形边缘的硼碳氮（BCN）纳米带的电子和磁性。结果表明，BCN纳米带在富氢和贫氢环境中都具有费米能级的平带和边缘态。平面带与锯齿形边缘的石墨烯纳米带相似，但它们之间的电荷和自旋密度分布不同。紧束缚模型和哈伯德模型分析表明，B、N原子与C原子相比，其电荷和自旋密度分布的差异是由于B、N原子的位能不同造成的.
2012-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Quantum Interferences in the Raman Cross Section for the Radial Breathing Mode in Metalic Carbon Nanotubes
碳纳米管中的径向呼吸模式的拉曼激发分布的线形示出强烈的干涉效应，每当出现强的光学跃迁被分离的小能量的影响。这是在金属锯齿形和手性管中的情况，其中由于二维石墨烯的电子能带结构的三角形翘曲，电子联合态密度中的一维奇异性被分裂。结果表明，这些干扰的正确建模是至关重要的（n，m）指数使用拉曼光谱的识别。
2004-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Long triple carbon chains formation by heat treatment of graphene nanoribbon: Molecular dynamics study with revised Brenner potential
提出了加热石墨烯纳米带产生原子链的方法，并采用分子动力学模拟对其进行了研究。对Brenner势进行了修正，使之能更好地描述石墨烯中原子链、边和空位迁移的形成过程。在2500 K下，观察到了3和4原子排的边缘GNRs（3和4-ZGNRs）的一个根本不同的行为：在3-ZGNRs中形成了数百个原子长度的三重、双重和单重碳链，而在4-ZGNRs中仅用短链和GNR宽度减小进行边缘重构。通过分析键重组反应揭示了3-ZGNRs中的链形成机制，并基于两个过程的相互作用。第一个是3个锯齿形原子排之间的键断裂，导致三重链形成。第二种是在同一锯齿形原子行内的键断裂，其主要通过生成五边形而发生，随后五边形中的键断裂并导致单链或双链形成。对相关反应势垒的DFT计算与提出的机理一致。讨论了基于链的纳米电子器件具有可控数量的链的可能性。
2018-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron density distribution of bilayer nanographene and band structures of boron-carbon-nitride systems
采用紧束缚模型研究了锯齿形边缘的双层石墨烯纳米结构。两个堆叠结构，α和β，被认为是。在α结构中看到带分裂，而在β结构中发现波数方向上的分裂。β结构中的局部态密度倾向于避免存在层间跳跃相互作用的位置。将计算结果推广到硼-碳-氮化物体系。当锯齿形边缘原子被硼和氮取代时，定性性质仍然存在。
2011-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Zipping and unzipping of nanoscale carbon structures
我们从理论上证明，应用于纳米碳结构的氢化和退火在确定系统的最终形状中起着至关重要的作用。特别地，以线性和非氢化的锯齿形或扶手椅形边缘为特征的石墨烯薄片具有合并成更大的薄片或纳米管的高倾向（单个碳-碳键的形成使系统的总能量降低高达6.22 eV）。相反，通过氢化转化为$sp^3$型的$sp^2$碳键（对于纯碳结构如石墨烯或碳纳米管常见）的线显示出通过沿着改性键的线切割原始结构来分解原始结构的能力。这些结构转变为我们提供了对溶液中移动碳结构行为的理解，以及如何保持原始结构的独特方案，这将是它们在碳基电子学中应用的关键问题。
2011-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Silicon and III-V compound nanotubes: structural and electronic properties
单壁碳纳米管的不寻常的物理性质已经开始寻找其他元素的类似管状结构。在本文中，我们提出了一个理论分析的单壁纳米管的硅和III-V族化合物。从前驱体类石墨烯结构出发，采用第一性原理赝势平面波方法和有限温度从头算分子动力学计算，研究了锯齿形和扶手椅形管的稳定性、能量学和电子结构.我们发现，（n，0）锯齿形和（n，n）扶手椅型硅纳米管，其中n > 6是稳定的，但那些与n < 6可以通过内部或外部吸附的过渡金属元素稳定。这些管中的一些具有磁性基态，导致自旋电子学性质。我们还研究了径向和轴向变形下的纳米管的稳定性。由于径向回复力较弱，稳定的硅纳米管径向较软。未变形的锯齿形纳米管由于曲率效应在6 < n < 11时为金属性的，但在n > 12时开始出现间隙。此外，我们确定了由Si多边形堆叠形成的稳定管状结构。我们发现AlP，GaAs和GAN（8，0）单壁纳米管稳定且半导体。我们的结果进行了比较与单壁碳纳米管。
2005-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Charge transfer and weak bonding between molecular oxygen and graphene zigzag edges at low temperatures
电子顺磁共振（EPR）研究空气物理吸附的缺陷碳纳米洋葱的证据有利于微波辅助形成弱结合的顺磁复合物，包括带负电荷的O2-离子和携带π电子自旋的边缘碳原子。这些位于石墨烯边缘上的复合物在低温下是稳定的，但在高于50-60 K的温度下不可逆地解离。这些EPR的发现是合理的密度泛函理论（DFT）的计算表明，从石墨烯类材料的锯齿形边缘的电子转移到物理吸附在石墨烯片边缘的氧分子。这种电荷转移导致吸附的氧分子的自旋状态从S = 1变为S = 1/2。DFT计算显示氧分子的吸附能的显著变化和电荷转移对石墨烯类基底形态（平坦的和波纹状的单层和双层石墨烯）的变化以及边缘钝化的鲁棒性。H-和COOH-封端的边缘碳位点的存在与这种波纹状基板形态允许形成ZE-O2-顺磁性复合物，其特征在于小（<50 meV）的结合能，也解释了它们的不可逆解离，如EPR所揭示的。
2016-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Granular Graphene: direct observation of zigzag and armchair edge waves
我们提出了一种机械颗粒石墨烯，通过用宏观球形不锈钢珠接触取代碳原子获得。实验测得的色散关系，结合狄拉克点的证据。此外，波传播沿锯齿形和一个强大的转折效应的边缘波从锯齿形的扶手椅边界的实验显示，即使在没有一个完整的带隙的散装模式。我们的工作表明，机械颗粒石墨烯可以作为一个很好的实验平台，研究新的狄拉克，拓扑和非线性波现象。
2019-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hydrogen Atoms on Zigzag Graphene Nanoribbons: Chemistry and Magnetism Meet at the Edge
尽管石墨烯之字形边缘的非常规$π$磁性具有广泛的应用前景，但它是否以及在多大程度上在其化学中发挥作用仍然知之甚少。在这里，我们研究了添加氢原子$-$最简单的实验相关的吸附物$-$的锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs）。我们发现，$π$ -磁性管辖的ZGNRs的化学，引起一个网站依赖的碳原子的反应性和驱动氢化过程的纳米边缘。相反，化学吸附的氢原子控制ZGNR的$π$磁性，在反铁磁基态中充当自旋- $\frac{1}{2}$顺磁中心，并在能带极值处使载流子自旋极化。我们的研究结果建立了一个全面的图片之间的特殊相互作用的化学和磁性出现在锯齿形边缘的石墨烯。
2022-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular Precursor Chemistry Shapes Early-Stage Reaction Pathways in Nitrogen-Doped Carbon Nanotube Synthesis
Warsaw University of Technology（华沙理工大学）；Lublin University of Technology（卢布林理工大学）；BCMaterials, Basque Center for Materials, Applications and Nanostructures, UPV/EHU Science Park（BCMaterials，巴斯克材料、应用和纳米结构中心，UPV/EHU科学园）；Ikerbasque, Basque Foundation for Science（Ikerbasque，巴斯克科学基金会）；Cranfield University（克兰菲尔德大学）
该研究结合实验与反应分子动力学，发现氮掺杂碳纳米管合成的前驱体化学可调控早期反应路径，含氮前驱体改变催化剂演化的局部相互作用，影响碳纳米管结构。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Stability of extended defects on boron nitride and graphene monolayers: the role of chemical environment
我们进行从头计算表明，反相界（APB）的相对稳定性与扶手椅和锯齿形手性在单层氮化硼（BN）的合成过程中的硼和氮物种的化学势决定。在富氮环境中，具有富氮核的锯齿形APB是最稳定的结构，而在富硼或本征生长条件下，具有化学计量核的扶手椅形APB是最稳定的结构。这种稳定性的转变是由APBs的核心中的同极键（B-B和N-N）和弹性能成本之间的竞争引起的。此外，在碳源的存在下，我们发现，碳掺杂的锯齿形APB成为最稳定的边界附近的富氮限制。BN中两种类型的APB的电子结构被示出为是特别不同的，与锯齿形APB描绘的带隙中的缺陷样深电子带，而扶手椅式APB显示批量样浅电子带。
2012-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Families of superhard crystalline carbon allotropes induced via cold-compressed graphite and nanotubes
本文报道了通过对由锯齿链和扶手椅链堆积而成的奇5+7或偶4+8元碳环的拓扑分析，系统地构造两类冷压石墨超硬sp3碳同素异形体结构族的一般方案。我们的研究结果表明，以前提出的M，bct-C4，W和Z同素异形体属于我们目前提出的家庭，并根据天然碳环的拓扑结构排列的许多其他成员被发现，可以帮助我们了解冷压缩石墨和碳纳米管（CNT）的结构相变。特别是，我们预测存在两个简单的同素异形体，R-和P-碳，这与实验的冷压缩石墨和碳纳米管的X射线衍射图案相匹配，分别显示透明的宽禁带绝缘体基态，并具有大的维氏硬度与金刚石相媲美。
2012-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Unimpeded tunneling in graphene nanoribbons
我们研究了锯齿形（ZNR）和反锯齿形（AZNR）石墨烯纳米带中的克莱因悖论。由于ZNR（纳米带上的晶格位置数，N为偶数）和AZNR（N为奇数）在用狄拉克方程处理时是不可区分的，我们用一个伪宇称算子补充了模型，该算子的本征值正确地依赖于带上碳原子数的子晶格波函数，与紧束缚模型一致。我们已经表明，在锯齿形纳米带的克莱因隧道是有关的赝宇称，而不是在无限的石墨烯赝自旋的守恒。在正面入射的情况下，完美的传输被替换为完美的传输在带的中心和手征被解释为在布里渊区的不同角落的动量的投影的赝宇称。
2010-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Applied electric field on zigzag graphene nanoribbons: reduction of spin stiffness and appearance of spiral spin density waves
我们研究了锯齿形石墨烯纳米带在铁磁和反铁磁边缘态下加电场时自旋刚度的降低和螺旋自旋密度波的出现。为此，我们利用广义布洛赫定理结合约束的方法，以保持在边缘的碳原子的磁矩的方向。我们发现铁磁组态的基态是不稳定的，导致螺旋基态，而反铁磁组态的基态是稳健的。我们还发现，自旋刚度在铁磁和反铁磁配置减少的电场的增加。因此，我们证明，不仅自旋刚度，而且Z字形石墨烯纳米带的基态可以通过电场控制。
2019-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crossover from Room-temperature Double-channel Ballistic Transport to Single-channel Ballistic Transport in Zigzag Graphene Nanoribbons
最近，已经明确证明，即使在室温下，锯齿形石墨烯纳米颗粒（GNR）也随着长度的增加而表现出从G 0到G 0/2的电导交叉（G 0 = 2 e2/h是电导的量子）[Baringhaus等人，Nature 506，349（2014）]。这样的结果令人困惑，因为以前的理论似乎都不符合实验观察。在这里，我们提出了一个模型来解释交叉从双通道到单通道弹道输运在曲折GNR。GNR边缘碳原子的sp3畸变在边缘原子上产生了较大的自旋-轨道耦合，增强了锯齿形GNR边缘态的自旋翻转散射。在充分的自旋翻转散射下，边缘态的波函数成为自旋向上和自旋向下分量的叠加。然后，两个边缘的耦合变得重要。这消除了锯齿形GNR中的边缘自由度，并导致电导随着长度的增加而从G 0演变为G 0/2。
2015-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
From diamond to BC8 to simple cubic and back: kinetic pathways to post-diamond carbon phases from metadynamics
Comenius University（布拉迪斯拉发康斯坦丁神学家大学）；University of South Florida（南佛罗里达大学）
利用元动力学和机器学习势，揭示了立方和六方金刚石在1.5 TPa以上转变为后金刚石碳相的原子机制，并确定了BC8和简单立方相的形成条件及可能的实验回收路径。
2025-08-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Ground-state properties of the narrowest zigzag graphene nanoribbon from quantum Monte Carlo and comparison with density functional theory
利用量子MonteCarlo（QMC）第一性原理计算方法，研究了具有无限线性并苯结构的锯齿形石墨烯纳米颗粒的基态性质.我们表明，这个准一维系统是相关的，其基态是由本地化的$π$电子的自旋是反铁磁（AFM）有序。QMC预测的AFM稳定能（36（3）meV/碳原子）和绝对磁化强度（1.13（1）$μ_\textrm{B}$/晶胞）是相当大的，它们表明反铁磁相关在室温以上仍然存在。这些值可以在一定程度上再现的密度泛函理论（DFT）只有假设强相互作用，无论是在DFT+U框架内或使用混合泛函。基于我们的QMC结果，我们然后提供适合于这类系统的DFT+U中的Hubbard排斥强度。
2021-11-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin dependent transport of ``nonmagnetic metal/zigzag nanotube encapsulating magnetic atoms/nonmagnetic metal'' junctions
针对一种新型的碳纳米管磁电阻器件，我们提出了“金属/锯齿形碳纳米管封装磁性原子/金属”结。我们从理论上研究了纳米管的自旋极化边缘和封装的磁性原子对输运的影响。当原位库仑能量除以转移积分的大小$U/|t|$大于0.8时，由于磁性原子的自旋方向而产生的大的MR效应（其具有大约100%的MR比率的大小）出现，反映了这种自旋极化边缘。
2004-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cs.CE
Reconstruction of Zigzag Graphene Edges: Energetics, Kinetics and Residual Defects
采用从头计算方法研究了锯齿形石墨烯边缘的连续重构。根据所获得的能量分布沿反应途径，第一重建步骤，形成的第一五边形-七边形对，是最慢的，而已经成核的重建边缘域的增长应该稳定地发生在一个更高的速率。只有1/4的情况下，当它们接触时，畴合并成一个，而在其余的情况下，残留缺陷被留下。研究了这些缺陷的结构、能量和磁性。结果表明，在低于1000 K的温度下，完全重构的边缘不可能自发形成成对的残余缺陷（即自发畴成核）.使用的动力学模型，我们表明，平均域长度是几个$\mathrmμ$ m在室温下，它呈指数下降时，增加的温度下发生的重建。
2022-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
