The Stability, Energetics, and Magnetic States of Cobalt Adatoms on Graphene
我们采用近精确多体计算方法研究了单个Co原子在石墨烯上的稳定性和电子性质。冻结轨道嵌入方案与量子场量子蒙特卡罗相结合，以增加系统尺寸的范围。发现几个能量最小值作为Co和石墨烯之间的距离$h$的函数。能量学只允许Co原子占据处于高自旋$3d^{8}4s^{1}$态的$h = 2.2$的顶位，以及处于高自旋$3d^{7}4s^{2}$态的$h = 3.3$的范德华区域。这些发现为最近在独立石墨烯上使用Co的实验结果提供了解释。
2014-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Noncovalent functionalization of carbon nanotubes and graphene with tetraphenylporphyrins: Stability and optical properties from ab-initio calculations
通过密度泛函理论计算，包括对色散相互作用的修正，研究了单壁碳纳米管（CNTs）和四苯基卟啉（TPP）非共价功能化石墨烯的稳定性、电子和光学性质.我们研究了TPP在42种CNT物种上的物理吸附，特别是那些具有手性指数（$n$，$m$）的CNT物种，其中$5 \leq n \leq 12$和$0\leq m\leq n$。我们的研究结果表明，TPP和CNT表面之间有相当强的$π$ - $π$相互作用，结合能范围为1.1至1.8 eV，其中较高的能量可以与增加CNT直径相关。我们还发现，TPP的光学双折射不会受到CNT直径或手性的影响。石墨烯上TPP物理吸附的结果显示出显著的稳定性，结合能为3.2 eV，在$π$堆叠的TPP吸收带上引起小的红移。强石墨烯-TPP相互作用还诱导从TPP到石墨烯的电荷转移，表明$n$型掺杂机制而不损害石墨烯结构。
2015-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Unforeseen high temperature and humidity stability of FeCl$_3$ intercalated few layer graphene
我们首次系统研究了FeCl $_3$插层少层石墨烯在高湿度和高温下的结构和电学性质的稳定性。补充的实验技术，例如电传输、高分辨率透射电子显微镜和拉曼光谱，最终证明了这种透明导体在室温下25天内对高达$100 \%$的相对湿度、在大气中高达$150\,^\circ$ C的温度和在真空中高达$620\,^\circ$ C的温度的不可预见的稳定性，该温度比进行插层的温度高两倍以上。FeCl $_3$插层少层石墨烯的稳定性连同其低方块电阻和高光学透明度的独特值，使得该材料在未来柔性电子应用中成为有吸引力的透明导体。
2015-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Interface Geometry on Phase Stability and Bandgap Engineering in Boron Nitride substituted Graphene: A Combined First-principles and Monte Carlo Study
采用密度泛函理论和蒙特卡罗模拟相结合的方法，研究了氮化硼/石墨烯二维六方复合材料的相稳定性和电子性质，旨在揭示两者之间形成的界面几何结构所起的作用.我们的研究强调，在一定的温度范围内，优先创建扩展扶手椅界面可能有助于氮化硼和石墨烯的固溶体的形成。我们进一步发现，对于带隙工程，扶手椅接口或混合几何形状的补丁接口是最合适的。将研究扩展到纳米尺度的几何形状表明，降维使得两相的相分离的趋势更强。我们的深入研究应该形成一个有用的数据库，在设计具有所需性能的氮化硼-石墨烯复合材料。
2017-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Relative stability of $6H$-SiC$\{0001\}$ surface terminations and formation of graphene overlayers by Si evaporation
我们提出了密度泛函理论（DFT）计算6 H-SiC $\{0001\}$表面与不同的表面堆叠和终端。我们比较了不同的$(0001)$和$(000\bar1)$表面的表面自由能的相对稳定性。去除表面和亚表面的硅原子，我们模拟的石墨烯和石墨烯类覆盖层的形成硅蒸发。我们发现，具有不同性质的键合的覆盖层是优选的在两个非等效的表面取向。在$(0001)$，化学键合，高度应变和屈曲的膜被预测。在$(000\bar1)$中，优选范德华（vdW）键合的覆盖层。我们量化的vdW绑定，并表明它可以有一个掺杂效应的电子行为的覆盖层。
2011-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Stability of edge states and edge magnetism in graphene nanoribbons
我们批判性地讨论了锯齿形边缘石墨烯纳米带（ZGNRs）的边缘态和边缘磁性的稳定性。我们指出，磁边缘状态可能不存在于真实的系统中，并表明，至少有三个非常自然的机制-边缘重建，边缘钝化，和边缘关闭-这大大减少边缘状态的影响，在ZGNRs，甚至完全消除它们。即使可以制造出具有磁性边缘状态的系统，其内在磁性在室温下也不会稳定。电荷掺杂和边缘缺陷的存在进一步破坏了这种系统的固有磁性。
2010-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Thermal stability study of nitrogen functionalities in a graphene network
在低能N+离子轰击过程中使用氮物质将具有大量高密度边缘平面的无催化剂垂直排列的石墨烯纳米片官能化，以实现六方石墨配位单元中的吡啶、氰化物和氮取代。使用高分辨率X射线光电子能谱原位研究了官能化石墨烯纳米片在20-800 μ { \circ }C的温度范围内的电子结构的演变。我们表明，低能量照射是一个有用的工具，实现氮掺杂水平高达9.6%。发现吡啶构型在室温下占优势，而在800^{ \circ }C时，石墨氮构型成为优势构型。这些发现有助于了解石墨烯中氮官能团的热稳定性，并为器件应用中氮掺杂的可控调整提供了前景。
2012-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Carbon riveted Pt/MnO2-Graphene catalyst prepared by in situ carbonized L-ascorbic acid with improved electrocatalytic activity and stability
采用微波辅助多元醇法制备了Pt/石墨烯和Pt/MnO 2-石墨烯催化剂。电化学结果表明，Pt/MnO 2-Graphene具有较高的电催化活性和稳定性。在此基础上，以L-抗坏血酸为原料，设计并合成了碳铆接Pt/MnO 2-Graphene催化剂。碳铆接Pt/MnO 2-催化剂的稳定性显著提高。
2020-12-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Stability and magnetism in complex multivacancy graphene systems
本论文的主要工作是通过密度泛函理论计算研究复杂石墨烯多配体体系的稳定性和磁性。去除一系列碳原子-即互补图形-导致这些多配位系统。我们证明了树枝状互补图形产生非常稳定的缺陷石墨烯结构的证据。如果该树枝状互补图形是脂肪族的，则有缺陷的石墨烯系统的应力足以降低这种系统的对称性。在互补图形是基于苯基或芘类核心的情况下，剩余的系统与空缺将保持对称性的删除部分产生花状结构优化后。这在基于位于五边形环的松散顶点处的悬挂键的磁性排列中具有后果。在正交各向异性的情况下，磁序由空位系统的对称性（即互补图形的对称性）驱动。
2013-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Stone-Wales graphene: A Two Dimensional Carbon Semi-Metal with Magic Stability
在随机群和图约束搜索中识别了二维碳同素异形体Stone-Wales石墨烯，并通过第一性原理计算对其进行了系统研究。Stone-Wales石墨烯由良好排列的Stone-Wales缺陷组成，并且它可以通过石墨烯的$\sqrt{8}$ $\times$ $\sqrt{8}$超单元中的90个$^\circ$键旋转来构造。其相对于石墨烯的计算能量为+149 meV/atom，使其比先前提出的最具竞争力的石墨烯同素异形体更稳定。我们发现，基于$\sqrt{8}$超晶胞的Stone-Wales石墨烯比基于$\sqrt{9} \times \sqrt{9}$、$\sqrt{12} \times \sqrt{12}$和$\sqrt{13} \times \sqrt{13}$超晶胞的石墨烯更稳定，并且是一种可以通过简单的“能量分裂和反转”模型进一步理解的“神奇尺寸”。计算的振动性质和分子动力学证实了SW-石墨烯是动态稳定的。电子结构表明SW-石墨烯是一种具有扭曲的、强各向异性的狄拉克锥的半金属。
2019-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Structure stability and magnetism in graphene impurity complexes with embedded V and Nb atoms
采用第一性原理密度泛函理论（DFT）研究了V和Nb原子嵌入单空位和双空位石墨烯的过程。对于MV/DV石墨烯中的V/Nb嵌入，验证了完全/几乎完全的自旋极化。磁性的起源是通过嵌入过渡金属原子的3d态与嵌入位置附近的不等价C原子的p态的相互作用来确定的。通过能带结构分析研究了石墨烯在V/Nb原子嵌入的少子自旋通道中的半导体行为。等值面图也证实了本纳米系统的磁性。我们的结果表明，这些纳米系统具有未来应用的潜力，例如自旋电子学、能源和高频晶体管。
2015-11-20 cond-mat.mtrl-sci
In-plane orientation effects on the electronic structure, stability and Raman scattering of monolayer graphene on Ir(111)
我们采用角分辨光电子能谱（ARPES）研究了Ir（111）上外延单层石墨烯的两种旋转变体的电子结构。随着生长，更丰富的R 0变体几乎是电荷中性的，在费米能级附近的石墨烯和Ir带之间具有强杂交。石墨烯费米面及其复制品与Ir费米面中的Van Hove奇点完全重合。亚晶格对称性破缺在狄拉克交叉处引入了一个小的能隙诱导势，这是通过使用K原子对石墨烯进行n掺杂来揭示的。主带和复制带之间的能隙（源自石墨烯和Ir晶格之间的莫尔干涉图案）被示出为由于与Ir带的杂化而沿着微区边界是不均匀的。提出了一种电子介导的相互作用来解释R 0变体的稳定性。在平面内旋转30°的变体R30在生长时是p掺杂的，并且K掺杂显示在狄拉克交叉处没有带隙。在ARPES测量中没有发现复制带。R30变体的拉曼光谱表现出石墨烯的特征声子模式，而R 0光谱没有特征。这些结果表明，薄膜/基底的相互作用从化学吸附（R 0）转变为物理吸附（R30）与面内取向。最后，石墨烯覆盖的Ir的功函数低于清洁衬底，但高于石墨。
2010-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational stability of graphene under combined shear and axial strains
利用密度泛函微扰理论研究了石墨烯在剪切应变和单轴拉伸应变联合作用下的振动特性。剪切应变总是导致具有应变依赖方向和波长的波纹不稳定性;扶手椅应变与这种不稳定性形成对比，使石墨烯在大范围的组合应变中保持稳定。基于膜弹性理论的补充描述很好地阐明了剪切引起的不稳定性和单轴拉伸的竞争。我们还报道了大的应变引起的G光学声子线分裂分量的位移，这可能是一个剪切诊断。至于电子特性，我们发现，圆锥形的交叉点移动远离布里渊区边界下的应变，他们往往合并在大应变，使开放的差距难以评估。通过详细的搜索，我们发现，即使在大应变，只有小的差距在几十个meV范围内开放的前狄拉克点。
2015-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Structure and stability of hydrogenated carbon atom vacancies in graphene
通过周期性的\emph{first principles}计算研究了氢原子吸附到石墨烯中的碳原子空位上，直到完全氢化状态，其中六个H原子化学结合到空位上。单个H原子的添加是高度放热的和无势垒的，并且结合能对于进一步氢化保持实质性，优选具有最少数量的孪对的结构。热力学分析表明，缺陷石墨烯对氢化极其敏感，在室温下和对于从$\sim1$巴到$<10^{-20}$巴的宽范围的$_{2}$分压，三重氢化反结构占优势.该结构具有一个未成对电子，并为石墨烯顺磁性提供自旋半局部磁矩贡献。我们的结果与最近的TEM，STM和$μ$ -SR实验的比较表明，碳原子空位实际上可以在不同的条件下被氢化到不同的程度。
2013-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Stability of Suspended Graphene under Casimir Force
我们认为石墨烯片悬浮在导电表面上方。将石墨烯作为弹性膜，在Casimir力的作用下，研究了其与导体的稳定性。在边缘处存在临界高度，在该临界高度以下，悬浮的石墨烯的中心部分成核为变得附接到导体的主干。计算了临界高度对温度和石墨烯片尺寸的依赖性。
2016-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Geometry, stability and thermal transport of hydrogenated graphene nanoquilts
利用分子动力学模拟研究了氢化折叠的石墨烯纳米绗缝的几何形状、稳定性和热输运。氢化的石墨烯纳米绗缝显示出增加的热力学稳定性和比没有氢化的折叠石墨烯结构更好的传输性能。对于双层石墨烯纳米被子，几何形状和热导率都对吸附的氢链非常敏感，这可以通过PDOS的红移来解释。对于多折叠纳米绗缝，通过改变周期数或长度，它们的热导率可以从原始石墨烯的100%调整到15%。我们的研究结果表明，氢化石墨烯纳米绗缝是非常适合的热管理设备。
2016-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stability of quasi-two dimensional zigzag carbon and its reaction pathway to graphene
利用密度泛函理论研究了由正方形碳晶格弯曲形成的准二维碳同素异形体ZzC。通过分析晶格动力学计算得到的Kohn-Sham能量和声子色散，我们表明ZzC是稳定的，结合能为7.46 eV每个原子。为了研究可能的形成途径，我们使用轻推弹性带方法找出了从ZZC到石墨烯的反应途径，该方法适用于固态计算。反应途径显示了作为中间态的碳炔的形成。这样的途径被认为表现出两个过渡态，从ZzC到碳炔的反应势垒为0.21 eV/原子，从石墨烯到碳炔的反应势垒为1.19 eV/原子。虽然ZzC是稳定的，但在氢化时，它解离并通过形成聚乙炔链而优选卡宾样结构。
2012-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Carbon rehybridization at the graphene/SiC(0001) interface: Effect on stability and atomic-scale corrugation
我们解决的能量稳定性的石墨烯/SiC（0001）界面和相关的绑定机制，通过研究一系列的低应变相称的界面结构内的密度泛函计划。在应变可忽略的结构中，6 \surd 3 \times 6 \surd 3 R30° SiC周期性显示出最低的界面能，为其频繁的实验观察提供了理论基础。界面的稳定性是由增强的局部反应性的衬底键合的石墨烯原子经历sp2-到-sp3再杂化（重杂化）。通过这种机制，更高稳定性的松弛结构在原子尺度上表现出更明显的石墨烯波纹。
2012-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Simulation of Scanning Near-Field Optical Microscopy Spectra of 1D Plasmonic Graphene Junctions
我们提出了数值模拟的散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）的一维等离子体石墨烯结。模拟的s-SNOM谱进行了全面的分析，为三种类型的结。我们发现条件时，从S-SNOM测量的等离子体反射系数的传统解释不适用。我们的研究结果适用于其他导电的二维材料，并提供了一个全面的了解s-SNOM技术探测局部输运性质的二维材料。
2021-08-25 cond-mat.mtrl-sci
A statistical-thermodynamic analysis of stably ordered substitutional structures in graphene
从理论上研究了碳原子和取代型掺杂剂（A）原子在石墨烯晶格中的有序分布及其稳定性问题。提供基于石墨烯的C7 A、C3 A和CA超结构的低温稳定性的原子间相互作用参数的值的范围在第三最近邻伊辛模型和更现实的全配位壳相互作用模型的框架内确定。第一个模型的结果在“遗漏”（不稳定）的一些预测的超结构，而第二个模型表明，所有预测的超结构是稳定的，在一定的值的原子间相互作用能。甚至原子间的短程相互作用也能提供某些超结构的稳定性，而只有长程相互作用才能稳定另一些超结构。
2014-06-02 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
Long-Term Stability of Graphene/c-Si Schottky-Junction Solar Cells
本研究制备液相剥离石墨烯基石墨烯/硅肖特基结太阳能电池，按ISOS-D协议考察其5年环境稳定性，发现银电极退化是主要失效机制，为提升该类电池寿命提供了依据。
2023-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Stacking order effects on the energetic stability and electronic properties of $n$-doped graphene/h-BN van der Waals heterostructures on SiC(0001)
研究了由具有不同电子特性的堆叠二维材料制成的异质结构在创建多功能器件中的潜力。石墨烯（G）和六方氮化硼（h-BN）范德华（vdW）体系已经被广泛研究，包括最近关于在石墨烯/SiC（0001）模板上合成h-BN的研究。这些研究表明，h-BN封装可以发生除了VDW外延。本文对SiC（0001）衬底上具有碳缓冲层的G/h-BN异质结构进行了理论研究。结果显示，单层石墨烯下方的h-BN封装具有能量偏好：双层系统中的G/h-BN/SiC和三层系统中的G/h-BN/G/SiC。电子结构计算表明，石墨烯的线性能带色散在双层体系中得到保持，但由于石墨烯的电子掺杂水平不同，狄拉克点位于不同的能量位置。在三层系统中，石墨烯的掺杂水平也取决于堆叠顺序。G/h-BN/G/SiC的电子能带结构在费米能级以下具有两个能量不同的狄拉克点。较不稳定的系统如G/G/h-BN/和h-BN/G/G/SiC在费米能级附近显示抛物线带。基于C-1 s核心能级位移（CLS）和碳K边X射线吸收近边光谱（XANES）的模拟进行了额外的结构表征，以帮助这些石墨烯/h-BN vdW系统中的未来实验光谱。
2023-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced stability of hydrogen atoms at the graphene/graphane interface of nanoribbons
采用密度泛函理论研究了石墨烯/石墨烷纳米带的热稳定性。发现氢原子在GGNRs的锯齿形和扶手椅形界面上扩散的能垒分别为2.86和3.17 eV，而孤立的H原子在原始石墨烯上的扩散能垒仅为~0.3 eV。这些结果明确地表明，通过石墨烯/石墨烷界面工程增加氢扩散屏障，可以显著增强GGNR的热稳定性。这可能为GGNR的可行应用提供新的见解。
2010-11-18 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
Buckling of graphene/MoS$_2$ van der Waals heterostructures: the misfit strain effect
范德华异质结构是由不同的原子层堆叠而成的，可以从构成原子层中继承许多新颖的电子和光学性质。机械稳定性对于基于范德华异质结构的纳米器件的高性能至关重要。特别是，屈曲不稳定性是一个关键的力学问题的异质结构，由于其二维性质。以石墨烯/MoS $_2$异质结构为例，通过分子动力学模拟，研究了异质结构中不可避免的错配应变与屈曲不稳定性之间的关系.错配应变对失稳现象的影响因错配应变的大小而异。(1)对于负的失配应变，异质结的屈曲稳定性降低的失配应变。这是因为在负失配应变的异质结构中引发屈曲过程的石墨烯层被加速石墨烯层屈曲的失配应变预压缩。(2)对于小的正失配应变，石墨烯/MoS $_2$异质结构的屈曲稳定性提高。潜在的机制是石墨烯层启动异质结构的屈曲过程，并且通过小的正失配应变被预拉伸，这减缓了石墨烯层的屈曲。(3)对于大的正失配应变，石墨烯层被预拉伸，而MoS $_2$层被显著地预压缩，因此异质结构的屈曲由MoS $_2$层引发。因此，石墨烯/MoS $_2$异质结构的屈曲稳定性由于大的正失配应变的增加而降低。这些结果对于理解范德华异质结构的力学性质具有重要意义。
2021-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Fe clusters (Fe$_n$, n=1-6) chemisorbed on vacancy defects in graphene: Stability, spin-dipole moment and magnetic anisotropy
在这项工作中，我们研究了Fe $_n$ ; n=1-6团簇与空位缺陷（单空位到相关空位与6个缺失的C原子）在石墨烯片的化学和磁相互作用的从头算密度泛函计算结合Hubbard U校正的相关Fe- d电子。结果表明，Fe的存在降低了空位形成能，表明石墨烯片更容易被破坏。由于Fe团簇和空位之间的强烈化学相互作用，在扭曲的Fe团簇上出现复杂的磁矩分布，这导致与自由团簇相比平均磁矩降低。此外，我们还计算了自旋偶极矩和磁各向异性能。由各向异性自旋密度分布产生的计算自旋偶极矩，在正值和负值之间变化，产生增加或减少的有效力矩。根据团簇的几何形状，Fe团簇的易磁化轴表现出面内或面外的行为。
2014-05-06 cond-mat.mtrl-sci
The DFT and molecular dynamics multiscale study of the corrugation of graphene on Ru(0001): the unexpected stability of the moire-buckled structure
采用第一性原理密度泛函理论（DFT）和经典分子动力学（CMD）模拟方法对石墨烯（gr）的莫尔结构进行了研究。我们发现，波纹石墨烯可以令人惊讶地稳定对完全平坦的gr-sheet所指出的CMD模拟和DFT计算。我们还表明，使用具有成本效益的CMD方法，可以模拟石墨烯，例如Ru（0001）与正确的绑定注册表和合理的粘附能。一个新的力场已被参数化的接口使用角度依赖的Abell-Tersoff潜力。新参数化的Abell-Tersoff界面势提供了正确的莫尔超结构，根据扫描隧道显微镜图像和DFT结果。基于从头算DFT计算，我们还发现CMD莫尔超结构可以作为DFT计算和进一步几何优化的预优化结构。如范德华DFT结构弛豫所揭示的，Ru（0001）上几乎平坦的gr（波纹状$ξ\approx 0.2$ $\hboxÅ$）相对于波纹状gr系统（$ξ\approx 2.0$ $\hboxÅ$）在能量上稍微不利。
2014-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Synergistic Graphene and PEDOT:PSS Layers on Silicon for Enhanced Efficiency and Stability in Schottky Junction Solar Cells
Hirosaki University（弘前大学）
该研究开发了PEDOT:PSS/Gr/n-Si三层肖特基结太阳能电池，利用石墨烯的保护作用与PEDOT:PSS的优化传输功能，使效率达8.52%，75天稳定性提升至90%，为高性能混合光伏提供了有效方案。
2026-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Möbius and twisted graphene nanoribbons: stability, geometry and electronic properties
在这项工作中的经典力场几何优化的扭曲石墨烯纳米带的扭曲数$N_t$变化从0到7（的情况下$N_t$ =1对应于一个半扭曲莫比乌斯纳米管）的结果。使用Brenner反作用力场研究了它们的结构稳定性。使用最佳经典分子几何形状作为半经验计算的输入，从该输入计算每个结构的电子性质（能级、HOMO、LUMO轨道）。CI波函数也在完整的活性空间框架中计算，考虑到从HOMO-4到LUMO+4的本征态，以及对应于UV-VIS范围内的第一光学跃迁的振子强度。发现最低能量的分子比初始配置更不对称，并且HOMO-LUMO能隙大于用于构建它们的纳米石墨烯的值，这是由于扭曲产生的电子局域化效应。高数量的扭曲导致HOMO $\to$ LUMO跃迁能量的急剧增加。我们认为，一些扭曲的纳米带可以形成晶体稳定的偶极相互作用。
2009-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Structure, Stability, Edge States and Aromaticity of Graphene Ribbons
我们通过密度泛函理论确定了氢封端的石墨烯纳米带边缘的稳定性、几何形状、电子和磁性结构作为环境中氢含量的函数。反铁磁锯齿形带只有在极低的超真空压力下才是稳定的。在更标准的条件下，最稳定的结构是单-和二-氢化扶手椅边缘和具有一个二-和两个单-氢化位点的锯齿形边缘重构。在高氢浓度下，“大块”石墨烯不稳定，并且自发地断裂形成带，类似于在溶液中实验观察到的石墨烯自发断裂成小宽度纳米带。奇异边缘电子态和/或磁性的稳定性和存在是合理的，从有机化学的简单概念（克拉尔规则）
2008-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural Stability, Electronic, Magnetic and Optical Properties of Rectangular Graphene and Boron-Nitride Quantum Dots: Effects of Size, Substitution and Electric Field
利用密度泛函理论计算了石墨烯（G）、氮化硼（BN）及其混合物的矩形量子点的结构稳定性、电子、磁性和光学性质。通过在不同位置用BN对（碳原子）取代GQD（BNQD），已经考虑了不同的混合QD。对于所有这些QD（GQD、BNQD、混合QD），已经改变了几个参数，如尺寸、取代量等，以监测它们的性质的相应变化。在所考虑的参数中，我们发现取代可以作为一个强有力的工具来获得这些量子点的有趣特性，例如，在近红外（NIR）区域的宽吸收范围（~2000 nm），自旋极化HOMO-LUMO带隙，而无需施加任何外部偏压等，其在光电子、电子/自旋电子器件等的制备中是高度需要的。通过改变不同的因素，如改变取代的位置和量，施加外电场等，以确保我们结果的可靠性。
2013-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Stability and magnetization of free-standing and graphene-embedded iron membranes
最近的实验实现单层铁膜在石墨烯穿孔的启发，我们进行从头计算嵌入在石墨烯中的铁单层和膜，以评估其结构稳定性和磁化。我们表明，单层铁有一个更大的自旋磁化每原子比散装铁和嵌入在石墨烯中的铁膜表现出自旋磁化单层铁。我们发现，独立的单层铁是结构上更稳定的三角形晶格相比，无论是正方形和蜂窝晶格。这与嵌入的Fe膜形成正方形晶格的实验观察相矛盾。然而，我们发现，嵌入在石墨烯穿孔的铁膜可以更稳定的正方形晶格配置相比，三角形。此外，我们发现正方形晶格具有较低的边缘形成能，这意味着正方形Fe晶格在膜形成期间可能是有利的。
2014-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stability of Two-Dimensional Iron-Carbides Suspended across Graphene Pores: First-principles Particle Swarm Optimization
受最近二维金属和合金的实验实现的启发，我们从理论上研究了单层（ML）Fe-C化合物和纯Fe的稳定性和电子性质。根据我们和其他人的理论结果，实验[Science 343，1228（2014）]提出嵌入石墨烯（Gr）孔中的ML纯Fe正方形晶格与Gr中的Fe三角形晶格相比在能量上是不稳定的。为了解决上述矛盾，我们使用从头算粒子群优化技术寻找不同Fe/C比的ML Fe-C（作为Gr中ML Fe的推广）的稳定结构。发现了嵌入Gr中的Fe_1C_1正方晶格，从正方晶格的形状、Fe-Fe晶格常数和能量考虑，我们提出并证明了实验中观察到的正方晶格是铁的碳化物（Fe-C），而不是纯Fe。注意，不能从实验中排除C与Fe的共存。更重要的是，我们发现了一种能量最低、动力学稳定的结构，ML Fe_2C_2与Fe原子形成畸变的正方晶格。由于C和Fe之间显著的轨道杂化，预测了不同的2D Fe-C结构在费米能级附近的高自旋极化。
2015-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Comprehensive Structure Exploration and Thermodynamics of Graphitic Heteroatom Doped Graphene Superstructures
University of Warwick（华威大学）；University of Vienna（维也纳大学）
该研究提出结合密度泛函理论与机器学习的缺陷结构枚举方法，建立掺杂石墨烯热力学模型，揭示缺陷相互作用与结构转变的物理机制。
2026-08-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Low entropy in graphene through the Co-C system
在Co膜上展示了具有增强的稳定性的均匀的、主要是单层的石墨烯。沉积在SiO2/Si衬底上的多晶Co膜给出了连续的石墨烯层，其在没有任何聚合物载体的帮助下容易地转移，但保留了材料质量，如拉曼分析所证明的。与Cu生长的材料相比，还观察到对激光束的破坏作用的大的稳定性。更好的结构和电性能的材料解释在冷却过程中的热力学。有人建议，熵的减少，由于湮灭的空缺所造成的C原子沉淀在冷却过程中，直接取决于活化能的C溶解成Co，这是相当高的，由于在工艺温度下的Co磁有序。我们的工作扩大了合成单层石墨烯的可能性，同时考虑到各种C-金属系统的热力学。
2016-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Elastic properties and mechanical stability of bilayer graphene: Molecular dynamics simulations
本文通过分子动力学模拟研究了双层石墨烯在宽温度范围内的弹性质和力学稳定性，发现其面内压缩模量随温度升高而降低但高于单层石墨烯，并揭示了系统尺寸对力学不稳定性及旋节压力的幂律影响。
2023-11-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Ab-initio energetics of graphite and multilayer graphene: stability of Bernal versus rhombohedral stacking
人们对扭曲双层石墨烯中的超导性的观察感到非常兴奋，这种超导性与接近费米能级的平带有关。这种相关的电子态也发生在多层菱面体堆叠的石墨烯（RG）中，这在过去几年中受到越来越多的关注。然而，在天然和人造样品中，多层堆叠的Bernal石墨烯（BG）更频繁地出现，使得需要确定它们的相对稳定性以及在哪些条件下RG可能是有利的。在这里，我们使用第一性原理计算研究了BG和RG的能量学以及多层堆叠的石墨烯。它表明，电子温度，没有占在以前的研究中，起着至关重要的作用，在确定哪个阶段是首选。我们还表明，在室温下的低能态包括BG，RG和混合BG-RG系统具有特定类型的接口。计算了N = 12层时所有堆垛序列的能量，并用伊辛模型进行拟合，该模型也适用于较大的N层。通过这种方式，可以根据一些参数来确定和分析低能SS的排序。我们的工作澄清了文献中不一致的结果，并为在第一性原理计算中研究外部因素对多层石墨烯体系稳定性的影响奠定了基础。
2021-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge stability, reconstruction, zero-energy states and magnetism in triangular graphene quantum dots with zigzag edges
我们提出了基于从头计算密度泛函理论的三角形石墨烯量子点锯齿形边缘的稳定性和重构的计算结果。我们表明，虽然重建的五边形-七边形锯齿形边缘结构是更稳定的氢的情况下，理想的锯齿形边缘积极有利于氢钝化。氢钝化后两种结构都存在零能带，但在五边形-七边形锯齿形结构中，零能带的色散较强，导致净磁化强度的损失。
2010-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Comprehensive understanding of water-driven graphene wrinkle life-cycle towards applications in flexible electronics: A computational study
石墨烯纳米带（GNR）和其他二维（2D）材料中褶皱的存在显着改变了它们的机械，电子，光学特性，这可能是有益的或有害的。在实验上，已经观察到在GNR的常用生长过程中，源自环境湿度的水分子可以在GNR和衬底之间扩散。水的扩散导致GNR中的褶皱形成，从而影响其性能。此外，扩散的水最终会变干，不仅改变了褶皱石墨烯纳米带（WGNR）的几何形状，而且改变了它的特征。对这些现象的计算分析可以提供对这些现象的原子级理解。因此，在这项工作中，分子动力学（MD）模拟水的扩散和蒸发之间的GNR和它的基板，以及它们对皱纹的形成和动力学的影响。此外，基于密度泛函理论（DFT）的分析用于表征由褶皱几何形状的改变引起的WGNR的电子结构的差异。我们的研究表明，最初分布的皱纹倾向于合并，形成一个局部的皱纹，其配置取决于初始皱纹的几何形状和扩散的水量。褶皱结构在干燥时发生变化，而在完全干燥之前保持静止。局部褶皱的运动是弯曲、屈曲和滑动三种基本模式的组合。应力分析表明，最大应力位于褶皱底部，其大小始终低于塑性极限。DFT的结果提供了洞察的潜力，使用的皱纹，以控制电子流的方向，在柔性电子产品的应用。
2020-01-02 cond-mat.mtrl-sci
The stability of graphene based Möbius strip with vacancy at high temperature
采用密度泛函理论（DFT）结合分子动力学（MD）模拟方法，研究了石墨烯莫比乌斯带中单空位缺陷的结构和电子性质.根据缺陷周围的局部结构，观察到两种MV。在静态条件下，在莫比乌斯带的弯曲区域，MV具有一个五边形和一个九边形环（59型）的构型，这与碳纳米管和石墨烯的构型相似。最稳定的MV出现在扭曲区域，具有两个五边形和两个六边形环（5566型）的轮廓，在中心位置具有一个sp3杂化碳。而DFT-MD模拟证明了5566型MV在室温下是一种不稳定的构型，并将转变为59型MV。此外，通过经验势MD模拟研究了石墨烯基莫比乌斯带的熔化行为，发现其熔化温度约为2750 K，低于碳纳米管和石墨烯的熔化温度。
2018-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stability and electronic structure of covalently functionalized graphene layers
我们目前的示范性结果的广泛研究的机械，电子和运输性能的共价官能化的石墨烯单层（GML）与-NH 2。我们报告新的从头计算研究结果的共价官能化GML与-NH 2基团高达12.5%的浓度。我们的研究是在密度泛函理论和非平衡格林函数的框架下进行的。我们讨论的稳定性（吸附能），弹性模量，电子结构，带隙，和有效电子质量作为吸附分子的密度的函数。我们还给出了这些体系的电导和I（V）特性。一般来说，功能化的石墨烯层的稳定性随着附件浓度的增加而降低，并且我们确定了可以化学吸附在GL表面上的分子的临界密度。由于GL的局部变形和碎片引起的键的sp3再杂化，弹性模量随着基团数目的增加而降低。同时，我们观察到，功能化分子拉伸石墨烯晶格，吸附分子浓度越高，效果越明显。我们发现，GLS功能化在许多情况下导致石墨烯带隙的打开（对于12.5%浓度高达0.5302 eV），因此可以用于石墨烯器件。新的HOMO和LUMO主要来源于由功能化诱导的杂质带，并且它们表现出与硅或氮化镓中的电子有效质量相当的抛物线色散。
2014-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic, and optical properties of periodic graphene/h-BN van der Waals heterostructures
范德华异质结构作为光电子学和光子学的新材料引起了人们的兴趣，对它们的稳定性和结构-性能关系提出了问题。在密度泛函和多体微扰理论的框架下，我们研究了石墨烯和六方氮化硼（h-BN）形成的周期性异质结构的结构、电子和光学性质.为了了解组分如何根据层堆叠相互影响，我们研究了12个相称的安排。我们发现，与石墨烯的相互作用提高了散装h-BN的稳定性，也在那些被预测为能量亚稳的配置。反过来，与h-BN的相互作用可以在石墨烯中打开几百meV的带隙。它的实际大小可以通过层的排列来调整。在半导体结构中，光激发的特征和空间分布受到特定堆叠的影响，从而决定了跃迁所涉及的电子状态。值得注意的是，12个探索的异质结构中有6个仍然是半金属的。
2020-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption and Diffusion of F2 molecules on Pristine Graphene
采用第一性原理计算研究了F2分子在石墨烯上的吸附和扩散。对于F2从气相中的分子状态扩散到石墨烯表面的解离吸附状态，确定了动力学势垒，这解释了石墨烯在室温下在分子F2中的惰性，以及在较高温度下与F2的反应性。研究了F2分子在石墨烯表面的扩散过程，确定了F2分子沿最佳扩散路径的能垒，有助于理解氟代石墨烯的高稳定性。
2018-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic equilibrium conditions of graphene films on SiC
第一性原理表面相图揭示了3C-SiC（111）的Si侧上的外延单层石墨烯膜可以在实验可控条件的窄范围内作为结晶稳定相存在，从而定义了通向最高质量石墨烯膜的路径。我们的计算是基于范德瓦尔斯修正的密度泛函。零层至三层石墨烯的完整的实验观察到的（6 sqrt（3）x 6 sqrt（3））-R30超晶胞对于描述正确的界面几何形状和表面相的相对稳定性以及可能的缺陷是必不可少的。
2013-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Thermal stability and optoelectronic behavior of polyaniline/GNP (graphene nanoplatelets) nanocomposites
采用氧化剂过硫酸铵（APS）原位氧化聚苯胺（PANI-GNP）制备了聚苯胺-石墨烯纳米片（PANI-GNP）复合材料。与PANI相比，纳米复合材料中GNP的质量变化5、10和15重量%。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）、紫外-可见光谱和X射线衍射分析（XRD）对合成的聚苯胺包覆石墨烯纳米片（PANI-GNP）纳米复合材料进行了化学表征。FTIR和Raman光谱分析证实了聚苯胺在GNP上的均匀包覆。SEM和XRD表征了聚合物的聚合质量和结晶程度。紫外-可见光谱分析表明聚苯胺的带隙减小，这证实了纳米复合材料更适合于光电应用，因为带隙的变化。热重分析表明，聚苯胺的热稳定性随着GNP质量的增加而增加。这项研究表明，潜在的GNP作为填料的形态，电气，光学和热性能的聚苯胺的有效修改。
2022-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The stability of graphene band structures against an external periodic perturbation; Na on Graphene
我们报告说，石墨烯的$π$带敏感地改变作为由钠引起的外部电位的函数，特别是当电位在低温下变得周期性时。我们利用同步辐射光子角分辨光电子能谱测量了6 H-SiC（0001）衬底上石墨烯层的能带结构。随着Na剂量的增加，$π$谱带在85 K下迅速扩散到背景中，而在室温下其光谱强度显著增强。一个新的抛物线带中心在$k\sim$ 1.15 $^{-1}$也形成附近的费米能与Na在85 K，而没有这样的带观察到在RT。这种变化的能带结构被发现是可逆的温度。基于第一性原理计算的分析表明，石墨烯的$π$能带的变化主要由Na诱导的电势驱动，特别是在低温下，由于结晶的Na覆盖层，电势变得周期性。新的抛物线带变成了下面的缓冲层的$π$带，部分地被来自Na吸附原子的电荷转移填充。在RT下Na吸附原子的跳跃速率增加了五个数量级，阻止了这种电荷转移，这解释了在RT下没有新带。
2011-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The role of surface chemical reactivity in the stability of electronic nanodevices based on two-dimensional materials "beyond graphene" and topological insulators
在这里，我们研究了对环境气体的表面化学反应性对纳米器件的性能的影响，基于二维材料“超越石墨烯”和新的拓扑相的物质。虽然观察到硅烯和磷烯在环境条件下的表面氧化，随后降低了载流子的迁移率，但具有硒化铟、铋硫属化物和过渡金属二硫属化物的活性通道的纳米器件在空气中是稳定的。然而，暴露于空气中的硒化铟由于Se空位上的水分解而遭受p型掺杂，而过渡金属二硫属化物中的载流子的低迁移率增加了纳米器件的响应时间。相反，铋硫族化物需要控制晶体质量，这可能是扩大规模的严重障碍。
2018-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oxidation stability of confined linear carbon chains, carbon nanotubes, and graphene nanoribbons as 1D nanocarbons
三种典型的一维（1D）/准一维纳米碳，线性碳链，碳纳米管和石墨烯纳米带已被证明可以在单壁碳纳米管中生长。这就产生了三种类型的混合材料，它们的行为和性能相互比较还远未被理解。在最近发表的工作中证明这些纳米结构材料的合成是成功的之后，我们现在已经能够通过使用共振拉曼光谱系统地研究它们的氧化稳定性。令人惊讶的是，理论上预测非常不稳定的线性碳链实际上在碳纳米管主体的保护下在高达500 °C下是热稳定的。此外，在较窄的碳纳米管中较长的线性碳链比在较大的管中较短的线性碳链更稳定，这表明热稳定性不仅取决于单独的线性碳链的长度，但它是以更复杂的方式与宿主管的限制相关。此外，石墨烯纳米带总体上被认为是最稳定的受限结构。另一方面，（6，5）CNT相对于其（6，4）对应物的更高稳定性等特性使得这项研究为进一步研究这些1D纳米碳（包括真正的1D线性碳链）在环境条件下的应用提供了坚实的平台。
2021-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lithium and sodium decorated PHE-graphene for high capacity hydrogen storage: A DFT and GCMC study
Jiangsu Provincial Engineering Research Center of Low-Dimensional Physics and New Energy, College of Science, Nanjing University of Posts and Telecommunications（南京邮电大学理学院低维物理与新能源江苏省工程研究中心）
本研究通过DFT和GCMC模拟发现，锂和钠修饰的PHE-石墨烯在特定条件下可实现高氢吸附密度，适用于移动氢存储应用。
2026-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Finite temperature lattice properties of graphene beyond the quasiharmonic approximation
石墨烯的热稳定性和机械稳定性对于纳米技术中的许多潜在应用是重要的。我们通过原子蒙特卡罗模拟计算了晶格参数、弹性性质和热容量对温度的依赖关系，这种模拟可以超越准谐近似。我们预测晶格参数在900 K左右的温度下具有最小值，而剪切模量在相同温度下具有最大值，这是一种不寻常的、非单调的行为。石墨烯中的泊松比被发现在宽的温度区间内小~0.1。
2008-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Analysis on the Stability of 1-Pyrenebutanoic Acid Succinimidyl Ester Adsorbed on Graphene
基于密度泛函理论研究了1-芘丁酸琥珀酰亚胺酯（PASE）在石墨烯上的吸附结构.我们发现了两个局部稳定的结构：一个直的结构与丁酸琥珀酰亚胺酯（BSE）的链状部分躺下和弯曲的结构与BSE部分直接远离石墨烯，保持芘（Py）部分吸附在石墨烯上。然后，为了阐明吸附机制，我们分别估计了Py和BSE部分对整个PASE吸附的贡献，并且发现BSE部分的吸附效果与Py的贡献相比是次要的。接下来，BSE部分在室温下的移动性通过直结构和弯曲结构之间的活化能势垒来确认。考虑到外部环境，我们认为存在的氨基酸和水合作用的三维参考相互作用网站模型。发现甘氨酸分子和溶剂环境对弯曲PASE结构相对于直PASE结构的稳定性有贡献，因此，在考虑石墨烯中BSE部分的立起过程时，PASE周围的外部环境的影响是重要的。
2022-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Machine-Learning Exploration of Defect Topologies and Thermodynamic Stability in Graphene with Atomic Vacancies
Postgraduate Program in Materials Science (PPGCIMA), Faculty UnB Planaltina (FUP), University of Bras\'ilia, 73345-010 Bras\'ilia, DF, Brazil；Institute of Physics, University of Bras\'ilia, 70910-900 Bras\'ilia, DF, Brazil；Department of Electrical Engineering, College of Technology, University of Bras\'ilia, 70910-900 Bras\'ilia, DF, Brazil
本研究结合半经验热力学、可解释机器学习和符号回归，映射了含原子空位石墨烯的稳定性景观，识别出关键变量并导出高精度解析表达式，为二维材料缺陷工程提供可迁移方法。
2026-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Edge Stability of BN sheets and Its Application for Designing Hybrid BNC Structures
采用第一性原理研究了单层六方氮化硼（BN）的边缘能和边缘应力。BN纳米带的扶手椅型边缘比锯齿型边缘具有更高的能量稳定性。扶手椅型BNNR处于压缩边缘应力下，而锯齿型BNNR处于拉伸边缘应力下。本征自旋极化和边缘饱和对BNNRs边缘稳定性的调制起着重要作用。BN和石墨烯之间的边缘能量差异可以用于指导特定混合BNC结构的设计：在扶手椅式BNC纳米晶（BNCNR）中，BN畴预计会在C畴之外生长，而在锯齿形BNCNR中则相反。更重要的是，扶手椅型BNCNRs可以再现扶手椅型石墨烯纳米带（GNRs）的独特电子性质，预计其对边缘官能化或无序具有鲁棒性。在一定的C/BN比范围内，锯齿形BNCNR可以表现出本征的半金属性，而不受任何外部约束。BNCNRs的这些意想不到的电子特性可能为开发超越单个石墨烯和BN的纳米级电子学和自旋电子学提供独特的机会。通常，这些设计BNC的原则可以扩展到其他混合纳米结构。
2010-11-28 cond-mat.mtrl-sci
