Giant magnetic anisotropy of transition-metal dimers on defected graphene
自旋电子学和量子计算器件中磁性单元的不断小型化激发了人们寻找具有大磁各向异性能（MAE）的磁性纳米结构的努力。典型的纳米结构包括分子磁体、磁性纳米团簇和磁性纳米线具有几meV的MAE，因此它们的阻断温度大多低于50 K。在这项工作中，我们证明了在系统中实现巨大的MAE的过渡金属二聚体的缺陷和修饰的石墨烯，基于密度泛函理论计算的可行性。特别是，无论是Pt-Ir二聚体上的单空位或Os-Ru二聚体上的氮装饰的双空位具有大于60 meV的MAE和高的结构稳定性。有趣的是，它们的磁各向异性可以方便地通过使用外部电场来操纵。这些特性使它们成为室温自旋电子学和量子计算设备的良好候选者。
2014-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Simulation on the Miniaturization and Performance Improvement Study of Gr/MoS2 Based Vertical Field Effect Transistor
本文仿真研究Gr/MoS2垂直场效应晶体管，通过源极绝缘几何改造和引入MoS2埋层降低关态电流，实现109的最高开/关比。
2025-01-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Magnetoresistive junctions based on epitaxial graphene and hexagonal boron nitride
我们提出单层外延石墨烯和六方氮化硼（h-BN）作为最终厚度的共价间隔磁阻结。利用第一性原理方法，我们研究了这种结的结构，磁性和自旋输运性质的基础上，结构良好的界面与（111）面心立方或（0001）六方晶系铁磁过渡金属。我们发现低电阻面积的产品，强交换耦合整个接口，和磁阻比超过100%的某些化学成分。这些属性可以微调，使拟议的结有吸引力的纳米自旋电子学应用。
2009-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A complimentary impedance spectroscopy biosensing method with graphene
提出一种基于高方阻石墨烯薄膜生物活性功能层的互补电化学阻抗谱生物传感方法，利用锁相放大器低频装置测量复阻抗，不受电解质变化影响，实现了传感器微型化与高信噪比生物标志物检测。
2025-04-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.bio-ph
Performance limits of graphene-ribbon-based field effect transistors
利用原子模型研究了基于单石墨烯带的场效应晶体管的性能。它示出了这种方案，与传统的基于碳纳米管的晶体管不同，降低了与金属电极的化学键合的细节的重要性，有利于碳基器件的一部分。在这里研究了各种收缩和金属带接触模型的最终性能极限。特别是，我们表明，即使是接触不良的金属，适当泰勒收缩可以给有前途的值的导通电导和亚阈值摆动。
2007-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Properties and Fracture Patterns of Graphene (Graphitic) Nanowiggles
石墨烯纳米带（GNW）是通过在原始石墨烯纳米带中进行交替的规则切割而获得的基于石墨烯的纳米结构。GNW是最近合成的，并且已经证明它们通过改变它们的形状而表现出可调的电子和磁性。在这里，我们已经研究了大量的不同形状和大小的GNW的机械性能和断裂模式，使用完全原子反应分子动力学模拟。我们的研究结果表明，GNW的力学性能是强烈依赖于它的形状和大小，作为一个总的趋势，窄片有更大的极限强度和杨氏模量比宽的。根据GNW的形状，估计的杨氏模量值在~ 100-1000 GPa范围内，极限强度在~ 20-110 GPa范围内。此外，应变下的超韧性行为观察到的一些结构。
2017-02-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Line defects in Graphene: How doping affects the electronic and mechanical properties
石墨烯和碳纳米管具有非凡的机械和电子性能。然而，诸如局部非六边形重构或晶界的固有线缺陷显著降低拉伸强度，但具有令人兴奋的电子性质。在这里，我们从第一性原理的全势能密度泛函理论的水平上解决石墨烯中的线缺陷的性质，并评估掺杂作为一种策略，以加强这种材料。我们仔细解开的全局和局部的掺杂效果的比较结果从虚拟晶体近似与那些从本地取代的化学物种，为了获得详细的了解的断裂和稳定机制。我们发现，n型掺杂或局部取代氮的极限拉伸强度显着增加。特别地，它可以稳定超过原始材料的极限拉伸强度的缺陷。因此，我们建议将其作为加强石墨烯材料的关键策略。此外，我们发现，掺杂和/或施加外部应力导致可调和技术上有趣的金属/半导体过渡。
2016-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Thermal properties of graphene: Fundamentals and applications
石墨烯是一种二维（2D）材料，在平面内和平面外方向之间具有超过100倍的热流各向异性。高的面内热导率是由于碳原子之间的共价sp2键合，而面外热流受到弱范德华耦合的限制。在此，我们回顾了石墨烯的热性质，包括其比热和热导率（从扩散到弹道极限）以及衬底，缺陷和其他原子修饰的影响。我们还强调了石墨烯的热性能发挥作用的实际应用。例如，石墨烯晶体管和互连受益于高面内热导率，直至一定的沟道长度。然而，与衬底的弱热耦合意味着界面和接触仍然是显著的耗散瓶颈。石墨烯或石墨烯复合材料中的热流也可以通过各种手段来调节，包括通过衬底、边缘或界面的声子散射。最终，石墨烯不寻常的热特性源于其2D性质，为热流物理学的新发现提供了丰富的游乐场，并可能导致新的热管理应用。
2013-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct Visualization of Native Defects in Graphite and Their Effect on the Electronic Properties of Bernal-Stacked Bilayer Graphene
用于制备石墨烯基异质结构的石墨晶体通常被认为是无缺陷的。我们在这里报告扫描隧道显微镜的结果表明，石墨通常用于制备石墨烯器件可以包含大量的原生缺陷。表面的广泛扫描使我们能够确定原生缺陷的浓度为6.6 $\times$ 10 $^8$ cm $^{-2}$。我们进一步研究了这些本征缺陷对Bernal堆叠双层石墨烯电子性质的影响。我们观察到了门相关的谷内散射，并成功地将我们的实验结果与基于T矩阵的计算进行了比较，揭示了散射矢量分布中明显的载流子密度依赖性。我们还提出了一种用于评估短尺度散射的空间分布的技术。基于玻尔兹曼输运方程的理论分析预测，这里确定的稀释原生缺陷是一个重要的外部散射源，最终在低温下设置的迁移率。
2021-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultraclean suspended graphene by radiolysis of adsorbed water
本研究利用透射电镜中有意吸附水经辐解产生的自由基去除悬浮石墨烯表面有机污染物，获得呈现本征精细结构特征的超洁净石墨烯，方法简单稳健且可推广至其他二维材料。
2024-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tearing Graphene Sheets From Adhesive Substrates Produces Tapered Nanoribbons
石墨烯是一种真正的二维原子晶体，具有特殊的电子和机械性能。虽然传统的块状和薄膜材料已经被广泛研究，但石墨烯的关键机械性能，如撕裂和开裂，仍然未知，部分原因是其二维性质和最终的单原子层厚度，这导致传统材料模型的崩溃。通过结合第一性原理ReaxFF分子动力学和实验研究，自下而上的研究从粘合剂衬底的石墨烯片撕裂，包括锥形石墨烯纳米带的形成的观察。通过仔细分析的潜在的分子断裂机制，它表明，所得到的纳米取向的几何形状是由石墨烯基板的粘附能和撕裂的石墨烯层的数量控制。通过将石墨烯作为更广泛的二维原子晶体的模型材料，这些结果为高度受限的纳米材料的撕裂和开裂机制提供了基本的见解。
2010-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Plasmonics of magnetic and topological graphene-based nanostructures
石墨烯是研究等离子体激元基本极限的独特材料。除了最终的单层厚度之外，其载流子浓度可以通过化学掺杂或施加电场来调节。以这种方式，石墨烯的电动力学性质可以从高导电性变化到介电性。石墨烯在从太赫兹到中红外频率的宽光谱范围内支持强烈受限的传播表面等离子体激元（SPP）。它还具有强的磁光响应，因此提供了互补的架构，以传统的磁等离子体的基础上磁光活性金属或铌酸锂。尽管有大量的评论文章致力于石墨烯的等离子体特性和应用，很少有人知道石墨烯的磁等离子体和拓扑效应在石墨烯基纳米结构，这是本文的主要主题。我们讨论了几种策略，以提高拓扑结构不同的封闭表面景观，即石墨烯纳米管，圆柱形纳米腔和环形纳米结构的等离子体效应。综述了手征亚结构上的强非对称SPP传输现象以及结构拓扑指数与等离子体拓扑指数之间的基本关系。
2017-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Atomistic Computational Modeling of Temperature Effects in Fracture Toughness and Degradation of Penta-graphene Monolayer
具有类似于开罗五边形镶嵌的碳原子的特定且独特的2D排列的新型碳同素异形体，具有$sp^{3}$和$sp^{2}$杂化碳原子的相互作用，被称为五石墨烯（PG）。先前的理论研究表明，PG单分子膜是机械和化学稳定的，也具有大的带隙$3.25eV$。这种具有独特的碳原子网络排列（非共面五边形）的新碳同素异形体是本工作理论研究的重点。采用非平衡态分子动力学模拟方法，结合反应型现代力场ReaxFF，对高温条件下五元石墨烯单层的纳米结构、动力学和力学性质进行了计算模拟。在我们的结果中，我们获得了温度对高达$2000K$的五-石墨烯单层的机械性能的影响，其中我们的结果表明，应变速率对机械性能具有强烈的影响，其中$67$减小，$ 227.15 - 154.76GPa.nm $的极限拉伸强度（UTS）$ 35.88 - 11.83GPa.nm $和杨氏模量（$Y_{Mod}$）减小。在这项工作中，我们还计算了在温度变化的$10K$高达$2000K$的五-石墨烯单层的反应性降解。因此，我们的平均值表明，五-石墨烯单层损失原子配置与温度效应高达$600K$，其中单层显示纳米结构过渡与几个石墨烯岛，大区域的孔隙度，小的1D碳链，以及负弯曲层。
2021-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Application of Machine Learning to Mechanical Properties of Copper Graphene Composites
虽然铜-石墨烯（Cu/Gr）复合材料由于其理论上的高强度和导电性而成为有前途的材料，但其设计受到影响其性能的大量变量的阻碍。我们将四种不同的机器学习（ML）模型应用于手动收集的数据集，这些数据集汇编了采用粉末冶金技术处理的石墨烯增强铜复合材料的屈服强度和极限拉伸强度。研究结果表明，ML模型可以较好地预测Cu/Gr复合材料的力学性能。特征分析为影响这些属性的最重要因素提供了新的见解。
2022-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
Strong Edge Magnetism and Tunable Energy Gaps in Zigzag Graphene Quantum Dots with High Stability
石墨烯是一种半金属，不能直接用作电子或自旋电子器件。我们证明了石墨烯量子点（GQD）可以表现出很强的边缘磁性和可调的能隙，由于局域边缘状态的存在。通过大尺度第一性原理密度泛函理论（DFT）计算和基于模型哈密顿量的详细分析，我们可以发现随着系统尺寸的增加，GQD中的锯齿边缘态变得更强，更局域化。当量子点直径大于4.5 nm时，增强的边缘态沿量子点的边缘诱导强的电子-电子相互作用，最终导致从单畴到边内铁磁和边间反铁磁的磁相变.我们的分析表明，GQD中两个最近邻锯齿形边之间的反铁磁态的边间超交换相互作用比GQD和石墨烯纳米带中两个平行锯齿形边之间的强得多.此外，这种强的和局部的边缘状态也诱导GQD半导体与可调的能隙，主要通过调整系统的大小控制。我们的研究结果表明，量子限制效应，边间超交换（反铁磁），和边内直接交换（铁磁）的相互作用是至关重要的锯齿形GQD在纳米尺度上的电子和磁性。
2017-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical and Structural Properties of Graphene-like Carbon Nitride Sheets
氮化碳基纳米结构由于其优异的机电性能而引起了理论和实验的广泛关注。在这项工作中，我们研究了一些石墨烯类氮化碳膜的机械性能，通过完全原子反应分子动力学模拟。我们分析了这些CN家族的三种不同结构，即所谓的石墨烯基g-CN、三嗪基g-C3 N4和七嗪基g-C3 N4。在10 K、300 K和600 K三种温度下，研究了这些膜在两个主轴方向上的拉伸动力学。我们发现，g-CN膜具有最低的极限断裂应变值，其次是庚嗪基和三嗪基的，分别。这种行为可以用它们在密度值、拓扑结构和化学键类型方面的差异来解释。还讨论了拉伸方向上的断裂模式的依赖性。
2016-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Two-Dimensional Graphene-like BeO Sheet: A Promising Deep-Ultraviolet Nonlinear Optical Materials System with Strong and Highly Tunable Second Harmonic Generation
基于第一性原理计算，提出类石墨烯BeO单层因超宽带隙和强SHG效应可作为深紫外非线性光学材料，并通过堆叠、应变和扭转工程实现高度可调谐的NLO性质。
2025-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Mechanical Properties of Penta-Graphene Nanotubes
Penta-graphene是一种新型的褶皱单层碳原子紧密堆积成规则的五边形网络的名称，理论上，它具有优异的热稳定性和机械稳定性，并且可以卷成penta-graphene nanotubes（PGNT）。在此，我们进行了第一次模拟研究的单轴拉伸下的PGNT的力学性能。除了与碳纳米管（CNT）相当的机械性能，它被发现，由于不可逆的五边形到多边形的结构转变和六边形碳环成为主要的结构基元后的转换，PGNT具有良好的可扩展性与典型的塑性行为。PGNT的塑性特性与应变率和管径无关。此外，在极限温度范围内（T<1100 K），拉伸变形的PGNT表现出类似的相变，从五边形到六边形的转变比例近似。这种内在的洞察力提供了对PGNT力学性质的基本理解，这将为塑料碳基纳米材料的设计开辟一个新的视角。
2017-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Discovering atomistic pathways for supply of metal atoms to graphene surface from methyl-based precursors
概念上的2D III族氮化物和氧化物（例如，2D InN和2D InO）在具有石墨烯的异质结构中已经通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）实现。MOCVD被认为是制造已建立的半导体材料的核心，并被认为是在2D极限的新兴半导体材料的进步。MOCVD的定义特征是使用金属有机前体，例如三甲基铟、三甲基镓和三甲基铝，其含有（强）金属-碳键。在原子尺度上调节MOCVD工艺的机制在很大程度上是未知的。在这里，我们采用密度泛函分子动力学-占范德华相互作用-找到负责三甲基铟（TMIn）前体在气相中的解离反应途径，以及在顶层和零层石墨烯。模拟揭示了与氢分子的碰撞，分子内或表面介导的质子转移，以及直接TMIn/石墨烯反应如何辅助TMIn转化，这最终能够在石墨烯上递送In单体或InH和CH 3 In admolecules。所呈现的结果还显示了TMIn/H2在石墨烯上或在气相中的反应如何导致甲烷、乙烷、丙烷、乙烯烃和原子氢的形成。这项工作为理解原子尺度上的薄膜成核和嵌入机制以及克服技术中2D材料和石墨烯异质结构集成的挑战提供了知识。
2022-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Free-standing bialkali photocathodes using atomically thin substrates
我们报道了高量子效率（QE）双碱金属锑化物K2 CsSb光电阴极在石墨烯薄膜上的成功沉积。这些结果为最终目标铺平了道路，即用原子级薄的保护层封装加速器技术的技术相关光电阴极，以提高寿命，同时最大限度地减少QE损失。在~3.1 eV（405 nm）处17%的QE是迄今为止在石墨烯衬底上报道的最高值，并且与在不锈钢和镍参考衬底上获得的QE相当。石墨烯上的光电阴极的光谱响应表现出K2 CsSb的特征，包括在~2.5 eV处的特征吸收。基于X射线荧光（XRF）和X射线衍射（XRD）的材料表征表明，沉积在石墨烯上的这些光电阴极的组成和晶体质量与沉积在参考衬底上的光电阴极相当。在自由悬浮的石墨烯和石墨烯涂覆的金属衬底上的K2 CsSb的光学计算和QE测量之间的定量一致性进一步证实了光电阴极和石墨烯之间的高质量界面。最后，通过拉曼光谱表征的QE和石墨烯质量之间的相关性表明，石墨烯膜中原子缺陷的密度较低导致沉积的K2 CsSb光电阴极的QE较高。
2019-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Graphene-based light sensing: fabrication, characterisation, physical properties and performance
石墨烯和石墨烯基材料表现出优异的光学和电学性能，在光检测的新应用中具有很大的前景。然而，一些挑战阻碍了在商业设备中充分利用这些特性。这些挑战包括基于石墨烯的光电探测器的有限线性动态范围（LDR）、缺乏光激发电荷的有效生成和提取、由于热载流子效应导致的光敏结的拖尾、大规模制造以及最终构成材料的环境稳定性。为了克服上述限制，已经探索了调节石墨烯性质的不同方法。已经出现了一类新的基于石墨烯的器件，其中化学功能化、与光敏材料的杂化以及与其他2D材料形成异质结构导致了性能、稳定性或多功能性的改善。例如，石墨烯与FeCl $_3$的插层在环境条件下是高度稳定的，并且可以用于限定以前所未有的LDR为特征的光活性结，而氧化石墨烯（GO）是支持从UV到THz频率的光电探测的非常可扩展和通用的材料。纳米颗粒和量子点已被用于增强原始石墨烯的吸收，并由于光门效应而实现高增益。以同样的方式，由石墨烯和层状过渡金属二硫属化物的堆叠序列制成的混合探测器使得一类探测器具有高增益和响应度。在这项工作中，我们将回顾功能化石墨烯和混合光电探测器的性能和进展，特别关注这些材料中光响应的物理机制，它们的性能和未来可能的研究路径。
2018-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
On the origin of non-classical ripples in draped graphene sheets
自从石墨烯的发现以及随后对单原子厚材料的兴趣爆发以来，研究其机械性能一直是一个活跃的研究领域。新的长度尺度通常需要重新思考物理定律，这使得这些研究对于理解和最终利用新的材料特性至关重要。在这里，我们报告的纳米级周期性波纹悬浮，单层石墨烯片的扫描隧道显微镜和原子尺度模拟的调查。与在经典织物中发现的正弦波纹不同，我们发现石墨烯形成三角形波纹，其中弯曲被限制在每个波纹的顶点处的几个单位单元尺寸的数量级上的狭窄区域。这种非经典的弯曲轮廓导致石墨烯表现得像一种奇怪的织物，无论它如何悬垂，总是以相同的角度弯曲。研究这种非经典力学性质的起源，我们发现，与薄的经典织物不同，在石墨烯片中发生面内和面外变形。这两种变形模式相互竞争，导致在悬垂时应变锁定的最佳屈曲配置。从电子学上讲，我们看到这种面内变形产生伪电场，纯粹通过应变调制产生~3 nm宽的pnp异质结。
2022-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Designing electronic properties of two-dimensional crystals through optimization of deformations
目前处于材料科学研究前沿的大多数二维电子系统的一个诱人特征是能够容易地在系统中引入平面变形和弯曲的组合。由于电子性质最终由原子轨道重叠的细节决定，这种机械操作转化为修改的电子性质。在这里，我们提出了一个通用的优化框架，通过操纵局部应变的状态来定制二维电子系统的物理特性，允许从设计到实验实现的一步路线。根据石墨烯纳米结构中的当前实验选择其相关性的一个明确的例子是优化实验参数，该实验参数在石墨烯中产生预定的伪磁场空间分布。但是该方法足够通用以适应众多可能的实验参数和条件，由此可以将变形赋予石墨烯晶格，并且通过设计符合石墨烯的弹性平衡和弹性相容性约束。因此，它有效地回答了确定导致石墨烯变形的一组外部或控制参数的最佳值的逆问题，所述石墨烯变形的相关联的伪磁场分布最佳地匹配规定的目标。以快速的方式解决这一逆问题的能力是实际实现二维系统的概念的关键一步，该概念具有应变工程化订购的电子特性。这种计算策略的通用性质意味着它可以很容易地应用于直接取决于局部应变场的其他相关物理量的优化，不仅在石墨烯中，而且在其他二维电子膜中。
2014-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hot-Carrier Cooling in High-Quality Graphene is Intrinsically Limited by Optical Phonons
许多有前途的光电子器件，如宽带光电探测器、非线性频率转换器和用于数据通信系统的构建块，都利用石墨烯中的光激发载流子。对于这些系统，它是必不可少的理解，并最终控制，光致热载流子分布的冷却动力学。然而，仍然有一个积极的辩论不同的机制，有助于热载体冷却。特别是，最终限制冷却动力学的内在冷却机制仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们通过研究两个技术相关的系统来解决这个问题，这两个系统由迁移率> 10，000 cm $^2$高质量石墨烯和不能有效吸收石墨烯电子热的环境组成：WSe $^{-1}$封装的石墨烯和悬浮的石墨烯。我们在室温下使用超快泵浦-探测光谱研究了这两种高质量石墨烯系统的冷却动力学。在这些系统中，通过无序辅助的声学声子散射和向环境的面外热传递进行冷却的效率相对较低，预计冷却时间为数十皮秒。然而，我们观察到更快的冷却，在几皮秒的时间尺度上。我们把这归因于一种内在的冷却机制，在热载流子分布中具有足够动能的载流子发射光学声子。在声子发射期间，电子系统不断地再热化，重新产生具有足够能量的载流子以发射光学声子。我们开发了一个分析模型，解释了所观察到的动态，冷却最终受到限制的光-声声子耦合。这些对石墨烯中热载流子本征冷却机制的基本认识将对石墨烯基光电子器件的发展起到关键的指导作用。
2021-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The Winner Takes It All: Carbon Supersedes Hexagonal Boron Nitride with Graphene on Transition Metals at High Temperatures
高质量六方氮化硼（h-BN）的生产对于基于二维（2D）材料的器件的最终性能至关重要，因为它是关键的2D封装材料。在这里，报道了在过渡金属上制备高质量h-BN的决定性指导方针：从h-BN相关工艺中排除碳是至关重要的。否则，由于碳的结合能较大，碳优于硼和氮，因此在高温退火后在金属上形成石墨烯。我们证明了表面反应辅助的转化从h-BN到石墨烯的高温处理。热解温度Tp是h-BN/金属的重要质量指标。当温度低于Tp时，h-BN层的质量在退火时得到改善。当退火温度高于Tp时，在无碳条件下，h-BN分解并且氮比硼更容易从表面解吸，最终导致清洁的金属表面。然而，一旦h-BN层暴露于碳，石墨烯在高温状态下在Pt（111）上形成。这不仅为在过渡金属上制备高质量的h-BN材料提供了一个不可缺少的原则（避免碳），而且为在Pt（111）上从h-BN到石墨烯的表面反应辅助转化提供了一种简单的方法。
2022-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Essential L-Amino Acid-Functionalized Graphene Oxide for Liquid Crystalline Phase Formation
本文首次研究了必需L-氨基酸功能化氧化石墨烯形成液晶相的特性及其pH依赖性，并探讨了外磁场下的取向行为，为生物纳米技术应用提供新思路。
2023-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Realizing Scalable Chemical Vapour Deposition of Monolayer Graphene Films on Iron with Concurrent Surface Hardening by in situ Observations
本文通过原位XRD和NAP XPS揭示铁上石墨烯CVD生长的关键机制，包括铁氧化物碳热还原和Fe-C共析点附近的碳吸收动力学平衡，并利用碳吸收实现同步表面硬化，建立了在铁上可扩展生长高质量单层石墨烯薄膜的框架。
2025-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Fully Atomistic Molecular Dynamics Simulations of Elastic Properties of Tetragraphene Monolayer
最近提出了一种称为tetrahexcarbon的准2D半导体碳同素异形体，也称为tetragraphene，具有结合正方形和六边形环的不寻常结构。基于第一性原理密度泛函理论（DFT）计算，预测了四石墨烯的力学和电子性质。然而，对其在不同温度下的力学行为的全面研究仍然缺乏。在这项工作中，使用完全原子反应分子动力学（MD）模拟，我们调查的单层四石墨烯拉伸应变下的力学性能从线性政权到完整的结构故障（断裂）。考虑了不同的温度，并将结果与其他两种已知的平面碳同素异形体：石墨烯和五石墨烯进行了比较。一个有趣的结果是，通过温度或张力的施加，四石墨烯经历了从结晶到无定形结构的转变。在室温下，四元石墨烯的两个正交晶胞方向的临界应变分别为38%和30%，高于石墨烯和五元石墨烯的临界应变。在室温下，四石墨烯沿其方向的杨氏模量值比石墨烯的杨氏模量值小三至六倍，并且是五石墨烯的杨氏模量值的约57%。沿两个方向的四石墨烯的极限拉伸强度值，也被证明是小于石墨烯和五石墨烯。
2022-07-20 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermo-mechanical properties of nitrogenated holey graphene (C2N): A comparison of machine-learning-based and classical interatomic potentials
二维纳米材料的热性能和力学性能通常通过使用密度泛函理论（DFT）和经典分子动力学（MD）模拟计算力常数来研究。虽然DFT模拟提供了准确的估计，计算成本很高。另一方面，分子动力学模拟强烈依赖于原子间相互作用势的准确性。在这里，我们研究了氮化多孔石墨烯（C2 N）的热导率和弹性模量使用被动拟合的机器学习原子间势（MLIP），这取决于计算成本低廉的从头算分子动力学轨迹。采用基于MLIP的非平衡分子动力学模拟（NEMD）方法研究了C2 N的导热性能。在室温下，晶格热导率为85.5 W/m-K，有效声子平均自由程为37.16 nm，通过单轴拉伸模拟，C2 N的弹性模量、极限强度和断裂应变分别为390 GPa、42 GPa和0.29。结果表明，被动拟合MLIPs可以作为一个有效的原子间相互作用势，获得的热导率和弹性模量的C2 N利用经典的MD模拟。此外，采用MLIP模拟点缺陷的C2 N的可能性进行了研究。通过训练点缺陷结构的MLIP，研究了缺陷结构的力学性能。虽然使用MLIP比经典的原子间相互作用势更昂贵，但它可以有效地预测2D纳米结构的热和机械性能。
2021-05-19 cond-mat.mtrl-sci
