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
The role of the van der Waals interactions in the adsorption of anthracene and pentacene on the Ag(111) surface
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了van der Waals（vdW）相互作用对蒽和并五苯在Ag（111）表面吸附的结构和电子性质的影响.我们发现，包括vdW校正强烈影响蒽/Ag（111）和并五苯/Ag（111）的结合，产生的吸附高度和能量更符合实验结果比标准的DFT计算与广义梯度近似（GGA）。对于蒽/Ag（111），vdW相互作用的影响甚至更引人注目：我们发现，与平坦吸附的实验观察相比，纯DFT-GGA计算（不包括vdW校正）导致倾斜构型的偏好;另一方面，包括vdW校正改变了蒽/Ag（111）的结合几何形状，有利于平坦构型。使用自洽的vdW方案获得的电子结构被发现是几乎无法区分的，从传统的DFT电子结构，一旦正确的vdW的几何形状被用于这些物理吸附系统。此外，我们表明，一个vdW校正方案的基础上的混合功能DFT计算（HSE）的结果在一个改进的描述的最高占据的分子水平的吸附分子。
2016-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Tetra-penta-deca-hexagonal-graphene (TPDH-graphene) hydrogenation patterns: dynamics and electronic structure
本研究结合DFT和反应分子动力学模拟，探讨了TPDH-graphene的氢化动力学及其对电子结构的影响，发现H原子主要结合在四边形环上并形成五边形碳条纹，使材料产生窄带隙和各向异性输运特性。
2023-01-12 cond-mat.mtrl-sci
DFT+U+V Study of Magnetic Ordering in Single-Layer Pentahexoctite: Implications for Magnetic Device Platforms
本研究利用 DFT+U+V 方法揭示了单层五六八烯中由量子相消干涉形成的近平坦能带，并发现空穴掺杂可诱发亚铁磁相变，使其成为未来磁性器件的理想全碳材料平台。
2024-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
XANES absorption spectra of penta-graphene and penta-SiC2 with different terminations: a computational study
本研究通过从头算方法系统计算不同终端与掺杂状态下五边形石墨烯及五边形SiC₂的XANES光谱，填补相关理论表征空白，为实验物相识别及光学器件吸收特性调控提供支撑。
2025-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dispersion Corrected DFT Study of Pentacene Thin Films on Flat and Vicinal Au Surfaces
本文采用密度泛函理论研究了并五苯超薄膜在平面[（111）]和邻位[（455）] Au表面上的性质。我们已经进行了晶体和电子结构的计算，通过使用PBE和optB 86 b-vdW泛函和研究的影响，从一个单一的孤立分子的覆盖范围从4单层的覆盖范围不同的覆盖范围的长程范德华相互作用。对于一个孤立的分子，这两个功能产生的中空网站作为最稳定的一个与桥60网站是非常接近的能量的情况下optB 86 b-vdW。并五苯在台阶边缘的结合强度远大于在阶地上的结合强度。比较了不同的实验报道的单层结构，发现（6 x 3）晶胞比（2 x 2 $\sqrt{7}$）和（2 x $\sqrt{31}$）晶胞在能量上更稳定。对于一个单层膜，虽然分散校正的计算有利于平台上的平坦并五苯分子，但标准（PBE）计算发现倾斜和平坦构型在能量上相似（在（111）表面上）或有利于倾斜构型（在（455）表面上）。用optB 86 b-vdW泛函进行的PDOS计算表明，与（111）表面相比，（455）表面的Au态上分子轨道的分散度更大，表明并五苯-金界面处的载流子传输增强，有利于邻位表面。从第二个单层开始，两个泛函都有利于两个表面的倾斜配置。我们的研究结果强调了分散校正的重要性，松散的结合系统，如并五苯在金和步骤的边缘在确定多层膜结构和电荷转移在有机分子-金属界面所发挥的作用。
2014-12-02 cond-mat.mtrl-sci
O2 Adsorption on Defective Penta-Graphene Lattices
University of Brasília（巴西利亚大学）
本研究利用密度泛函理论和改进的Lennard-Jones势，探究缺陷型五边形石墨烯晶格与氧分子的相互作用，发现类sp³单原子空位的晶格吸附能更高且对分子取向有带隙调控的选择性，为其气敏应用提供理论支撑。
2020-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogenation of Penta-Graphene Leads to Unexpected Large Improvement in Thermal Conductivity
五元石墨烯（PG）是一种具有本征带隙的新型二维材料，在电子学领域具有广阔的应用前景。在这项工作中，我们使用第一性原理晶格动力学和声子玻尔兹曼输运方程（BTE）的迭代解来确定PG及其更稳定的衍生物-氢化五石墨烯（HPG）的热导率。作为对比，我们还研究了氢化对石墨烯热导率的影响。与石墨烯氢化导致热导率急剧降低（从3590至1328 W/mK -降低63%）相反，HPG显示热导率显著增加（615 W/mK），其比PG的热导率（350 W/mK）高76%。HPG的高导热性使其比大多数其他半导体2D材料（例如过渡金属硫属化物）更导热。我们的详细分析表明，反直观的氢化诱导的热导率增强的主要原因是较弱的键的非谐性在HPG比PG。这导致较弱的声子散射氢化后，尽管在声子散射相空间的增加。HPG的高导热性可能会激发围绕HPG和PG的其他衍生物作为未来纳米电子器件的潜在材料的深入研究。从这项研究中了解的基础物理学可能会开辟一种新的策略，通过功能化控制键的非谐性来设计其他2D材料的热传输特性。
2016-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of three methods to compute optical absorption spectra of organic molecules and solids
我们比较的性能的方法，使用真正的频率依赖的极化率计算光学吸收光谱的线性响应时间依赖的密度泛函理论（TD-DFT）的小有机染料，低聚物的不同长度（oligothiophenes），和分子团簇代表的分子晶体（并五苯）。对于并五苯，用这两种方法计算的光谱也比较集群和周期性固体使用偶极近似计算的光谱。基于真实极化率的方法产生的光谱与小分子的TD-DFT具有良好的一致性。较长的低聚物的（人工）红移是更显着的极化率为基础的方法比TD-DFT。对于并五苯团簇，TD-DFT产生合理的光谱与混合功能，但一个显着的红移引入与GGA功能由于存在的电荷转移跃迁。这个问题在基于极化率的方法中稍微减弱。偶极近似的结果与TD-DFT和基于极化率的方法相比，光谱发生了更大的红移，并且随团簇尺寸的变化趋势不同。
2018-05-20 cond-mat.mtrl-sci
First-principles DFT study for the structural stability of Hydrogen passivated graphene (H-graphene) and atomic adsorption of oxygen on H-graphene with different schemes
采用第一性原理密度泛函方法研究了氢钝化石墨烯团簇的结构稳定性和电子性质。研究了两种不同形状的团簇，矩形和圆形，由6至160个碳原子和氢终止在锯齿形边界边缘组成。由96个碳原子组成的矩形团簇的相对稳定性比由相同碳原子数组成的圆形团簇的相对稳定性高1.5%。在比较含相同碳原子数的圆形团簇和矩形团簇时，前者的HOMO-LUMO能隙为2.159 eV，后者的HOMO-LUMO能隙为0.346 eV。采用第一性原理密度泛函方法，以四种不同的氢型石墨烯团簇为例，系统研究了氧原子在氢型石墨烯上的吸附行为，包括单面吸附、双面吸附和高浓度吸附。
2014-05-01 cond-mat.mtrl-sci
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
DFT calculation for adatom adsorption on graphene sheet as a prototype of carbon nano tube functionalization
以碳纳米管（CNT）为模板，研究了石墨烯片上各种原子物种的密度泛函（DFT）计算。我们使用DFT计算作为CNT的原型，计算了许多原子物种（包括过渡金属、贵金属、氮和氧）在石墨烯片上的吸附能和吸附位点。从这些结果中可以选择合适的原子种类作为每个应用。计算结果表明，Mo和Ru在石墨烯片上的键结很强，具有很大的扩散势垒能。另一方面，一些原子种类具有大的结合能和小的扩散势垒能
2007-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic and DFT studies of graphene intercalation systems on metals
在金属上的石墨烯下插入不同物种是定制这些系统的电子性质的有效方法。在这里，我们提出了金属（铜）和气态（氧）样品下的Ir（111）和Ru（0001），分别石墨烯的成功嵌入，允许改变石墨烯的电荷状态，以及大幅修改其电子结构附近的费米能级。我们采用ARPES和STS光谱方法与最先进的DFT计算相结合，以说明如何在宏观和纳米尺度实验中研究石墨烯衍生态的能量色散。
2016-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Tetragonal Mexican-Hat Dispersion and Switchable Half-Metal State with Multiple Anisotropic Weyl Fermions in Penta-Graphene
本文通过第一性原理计算发现五边形石墨烯在空穴掺杂下可转变为室温稳定的铁磁半金属，并在应变下实现多种各向异性外尔态，为碳基自旋电子学提供了新途径。
2022-10-23 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
Graphene layer on Rh(111): combined DFT, STM, and NC-AFM studies
扫描探针方法（隧道和力显微镜，STM和AFM）的同时组合是一种独特的方式来获得有关所研究表面的晶体学和电子结构的信息。在这里，我们应用这些方法伴随着最先进的密度泛函理论（DFT）计算，以阐明强波纹石墨烯/Rh（111）系统的结构和电子性质。原子分辨图像的STM和AFM模式，并与DFT的结果显示良好的理论和实验之间的协议。
2015-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Pentagonal puckering in a sheet of amorphous graphene
本文利用密度泛函理论弛豫含五、七元环的无定形石墨烯随机网络，发现五元环诱导局部曲率并产生能量更低的“巴克球穹顶”式褶皱态。
2011-04-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Wannier-function-based constrained DFT with nonorthogonality-correcting Pulay forces in application to the reorganization effects in graphene-adsorbed pentacene
在电子结构计算中，当使用由随其主体原子移动的定域轨道组成的基组时，海尔曼-费曼力中出现了普雷项。如果系统的总能量依赖于由多个原子的定域轨道定义的子空间布居，那么由于轨道非正交性随离子平移的变化，将出现非常规的Pulay项。在这里，我们推导出所需的精确表达式，这些条款，不能消除轨道正交归一化。我们已经实现了这些校正的离子力的线性标度密度泛函理论（DFT）包ONETEP，并已使用约束DFT计算的重组能量吸附在石墨烯片上的并五苯分子。计算包括系综DFT，周期性边界条件的修正，和经验范德华相互作用。对于这个系统，我们发现，张量不变的人口分析产生的吸附质子空间人口是非常接近整数值时，基于非正交Wannier函数，也但不太精确时，使用伪原子函数。因此，轨道可以为约束DFT提供非常有效的布居分析。我们的计算表明，吸附的并五苯的重组能通常低于并五苯在气相中。我们把这种效应归因于空间位阻。
2018-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Supercell convergence of charge-transfer energies in pentacene molecular crystals from constrained DFT
单态裂变（SF）是一种多激子产生过程，可以利用它来提高光伏器件的效率。实验上，衍生自并五苯分子的系统已显示出具有高产率的超快SF。电荷转移（CT）配置可能发挥重要作用，在这些系统中的SF过程中的中间体。在分子晶体中，静电屏蔽效应和能带形成在降低CT态的能量，增强它们有效参与SF的潜力方面是重要的。为了模拟这些，它希望采用一种计算方法，这是可以接受的准确性，相对便宜，这和规模以及更大的系统，从而使研究的屏蔽效果。我们提出了一种新的，静电校正的约束密度泛函理论（cDFT）的方法作为一个低成本的解决方案，计算CT能量的分子晶体，如并五苯。在这里，我们考虑的上下文中的ONETEP线性缩放DFT代码的实现，但我们的静电校正方法是在原则上适用于任何约束DFT实现的组合，也在线性缩放框架之外。我们的新开发的方法使我们能够估计CT能量在无限晶体极限，并与这些验证集群近似的准确性。
2016-03-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Tuning the gap in bilyaer graphene using chemical functionalization: DFT calculations
以可控的方式打开石墨烯电子光谱中的能隙对于许多潜在应用是必要的，包括高效的碳基晶体管。我们已经表明，这可以通过双层石墨烯的化学功能化来实现。使用各种掺杂剂，例如H、F、Cl、Br、OH、CN、CCH、NH2、COOH和CH 3，可以在0.64和3 eV之间平滑地改变带隙，并且具有能隙的状态对应于最低能量构型是稳定的。双层石墨烯的结构特性的特殊性相比，散装石墨进行了讨论。
2008-07-24 cond-mat.mtrl-sci
A Torsional potential for graphene derived from fitting to DFT results
我们提出了一个简单的扭转势石墨烯，以准确地描述其出平面变形。通过适当的拟合与适当的DFT计算得到的参数的潜在的变形能量的石墨烯片折叠在两个不同的折叠轴，沿扶手椅或沿Z字形方向。去除弯曲角度的能量贡献，使用先前引入的角度弯曲势，我们分离出纯扭转变形能量，然后将其拟合到简单的扭转力场。所提出的面外扭转势可以准确地拟合高达0.5 rad的相对较大扭转角的变形能。为了测试我们提出的潜力，我们将其应用到一个单一的碳原子的石墨烯平面的垂直位移的问题，并比较所获得的变形能与相应的DFT计算。在这两种情况下，对于高达约0.5 $Å$的位移，形变能对被拉碳原子的垂直位移的依赖性是不可区分的。所提出的潜力是适用于其他sp $^2$碳结构。
2017-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Rippled nanocarbons from periodic arrangements of reordered bivacancies in graphene or SWCNTs
我们报告了由包含两个五边形、三个六边形和两个七边形的独特结构图案形成的各种纳米碳，这些结构图案是由原始石墨烯或纳米管中的双空位周围的局部重排引起的。这种缺陷可以单独地或作为延伸缺陷线插入板或管中。也可以获得仅包含这种缺陷作为图案的片材或管。这些完全有缺陷的片，和大多数的管，提出了一个非常明显的波纹（波浪）结构和他们的能量低于其他结构的基础上五边形和七边形出版至今。这些波纹碳片的另一个特性是它们在热处理时将自身折叠成互连管的二维多孔网络的能力，如混合蒙特卡罗模拟所示。最后，与五边形/七边形结构是金属的普遍看法相反，这项工作表明，这种缺陷模式应该引起半金属导电。
2012-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Gas sensing potential of stacked graphene/h-BN structures: a DFT-based investigation
Institute of Physics, University of Tartu（塔尔图大学物理研究所）
研究通过DFT分析石墨烯/六方氮化硼异质结构对NO2、NH3和O3的吸附行为，发现不同结构对气体吸附有显著差异，揭示了异质结构在气体传感中的潜力。
2026-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-protected metallic and topological phases in penta-materials
我们分析了与五元石墨烯密切相关的一类材料的对称性和拓扑特征，这些材料是通过吸附或取代不同的原子而产生的。我们的描述是基于一种新的方法，称为拓扑量子化学，它允许表征的电子带的拓扑结构，基于真实和倒易空间之间的映射。特别是，通过吸附碱性（Li或Na）原子，我们在室温下获得了一个节线金属，在布里渊区的周边具有连续的狄拉克点。在五-石墨烯的一些取代衍生物中也观察到这种行为，例如五-PC $_2$。打破时间反演对称性可以通过使用磁性原子，我们研究五锰$_2$，这也提出了自旋轨道耦合，并揭示了一个拓扑绝缘体相。我们发现，对于这个家庭的材料，对称性是保护金属和非平凡的拓扑相，可以与分数带填充，自旋轨道耦合和时间反演对称性破缺的存在。
2019-05-17 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
Graphene-ionic liquid interfacial potential drop from DFT-MD simulations
离子液体具有良好的稳定性和高电荷密度，是一种很有前途的电化学电解质。分子动力学模拟对于更好地理解电极-IL界面处发生的复杂现象是必不可少的。本文采用基于密度泛函理论的分子动力学模拟，研究了石墨烯与1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐IL之间的界面。我们将双电层电位降分解为两个主要部分：一个是原子电荷，另一个是偶极子。后一个分量是由于表面的电子极化而产生的，并且与文献中激烈争论的概念有关，例如E-Fermi屏蔽长度，有效表面电荷平面和量子电容。
2020-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen Doped Graphene Quantum Dots as Possible Substrates to Stabilize Planar Conformer of Au 20 Over its Tetrahedral Conformer: A Systematic DFT Study
利用氮掺杂的石墨烯量子点（N-GQD）的强度作为基底，在此，我们已经表明，与N-GQD上的晶体学上更稳定的四面体结构（T-Au 20）相比，可以稳定催化活性更高的平面Au 20（P-Au 20）。显然，这种简单的途径避免了使用传统的过渡金属氧化物基底，传统的过渡金属氧化物基底已经被建议并用于长期稳定平面结构。考虑到N-GQD合成和N掺杂石墨烯上Au纳米颗粒稳定化的实验成功，我们希望我们提出的稳定平面结构的方法将在实验上实现，并将用于工业级应用。
2014-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Point defect formation energies in graphene from diffusion quantum Monte Carlo and density functional theory
密度泛函理论（DFT）被广泛用于研究单层石墨烯中的缺陷，以期应用范围从水过滤到电子学到石墨减速器中的辐射损伤的研究。为了评估DFT在此类应用中的准确性，我们报告了扩散量子蒙特卡罗（DMC）计算单层石墨烯中一些常见和重要的点缺陷的形成能：单空位，Stone-Wales缺陷和硅取代。我们发现，标准的DFT方法低估了约1 eV的单空位形成能。对于Stone-Wales缺陷和硅替代，DFT和DMC之间的分歧较小。我们研究振动的贡献，形成这些缺陷的自由能，发现振动的影响是不可忽略的。最后，我们比较了单层石墨烯、单层硅烯和体硅的DMC原子化能，发现体硅比单层硅烯稳定得多，每个原子稳定0.7522（5）eV。
2022-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Penta-Pt2N4: an ideal material for nanoelectronics
自从石墨烯被发现以来，二维（2D）材料为设计高性能纳米电子器件铺平了新的道路。为了促进器件的应用，对材料有三个关键要求：相当大的带隙，高载流子迁移率和强大的环境稳定性。然而，对于近年来研究最热的2D材料，石墨烯是无间隙的，过渡金属二硫属化合物具有低载流子迁移率，黑磷烯对环境敏感。到目前为止，这三个特性很少能在一种材料中得到满足。因此，寻找一种理想的二维材料来克服这种限制成为一个巨大的挑战。在这项工作中，我们从理论上预测了一种新型的平面二维材料：Penta-Pt 2N 4，它是由奇妙的Cario五边形镶嵌以及罕见的氮双键设计的。最重要的是，2D Penta-Pt 2N 4表现出优异的本征特性，包括高达1.51 eV的大直接带隙、高达105 cm 2 V-1 s-1的高载流子迁移率、高达0.70 TPa的巨大杨氏模量以及稳健的动态、热和化学稳定性。此外，Penta-Pt 2N 4是一个全局极小的PtN 2化学计量比在2D，所以我们还提出了一个CVD/MBE方案，使其实验合成。我们设想2D Penta-Pt 2N 4可能会在未来的纳米电子学中找到广泛的应用。
2018-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Carbon mono and dioxide hydrogenation over pure and metal oxide decorated graphene oxide substrates: insight from DFT
基于第一性原理密度泛函理论计算，我们探索了氧化石墨烯表面上一氧化碳和二氧化碳转化为甲烷的能量学。类似于最近发现的各种有机物质在该催化剂上的水合，从氧化石墨烯的羟基转移氢原子提供了碳氧化物的逐步转化氢化。在室温下模拟的反应的估计产率为约0.01%的一氧化碳和二氧化碳。为了模拟氧化石墨烯/金属氧化物复合材料，计算了MO_2（M = V，Cr，Mn，Fe）存在下的氧化石墨烯/金属氧化物复合材料。这些计算的结果表明，显着降低的能量成本和反应产率增加到0.07%，这是相当的效率，这些反应在铂和铼基光催化剂。将温度增加到100 ℃的值应提供一氧化碳和二氧化碳的总转化率。
2013-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Metamorphosis in Carbon Network: From Penta-Graphene to Biphenylene under Uniaxial Tension
碳的多晶性的力量通过碳基纳米材料的众多应用生动地体现出来。从环境问题到生物医学应用，它有可能解决当今许多可怕的问题。然而，在微观水平上理解碳同素异形体之间的转化机制对于其发展成为非常理想的材料至关重要。在这项工作中，我们报告这样的相变之间的两个碳同素异形体，从五石墨烯（半导体）到联苯（金属）单轴加载。使用密度泛函理论，我们证明了相变发生通过同步重组的碳原子的同时下降的能量。本工作的结果证实了penta-graphene是一种亚稳态结构。另一方面，对联苯的严格分析表明，它是一种能量、机械、动力学和热稳定的结构，无论是片状还是管状。它的电子结构表明它在这两种形式下都是金属。因此，这项工作揭示了二维碳系统中相变的可能性，从而设计出能够瞬间改变其性质的纳米材料。此外，在高温（5000 K）下加热亚联苯基片揭示了另一种相转变为更稳定的六方石墨烯样结构。这提出了热退火作为从另一个合成一个2-D碳同素异形体的可能方法。
2017-03-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A DFT study of B-doped graphene as a metal-anchor: effects of oxidation and strain
University of Belgrade - Faculty of Physical Chemistry（贝尔格莱德大学物理化学学院）；Luleå University of Technology（吕勒奥理工大学）
本研究通过DFT方法探讨了B掺杂石墨烯与四种金属的相互作用，分析了掺杂浓度、氧化和应变对吸附性能的影响，揭示了B掺杂增强金属吸附能力的机制。
2026-03-16 cond-mat.mtrl-sci
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
Fluorine-induced local magnetic moment in graphene: A hybrid DFT study
最近的实验证据表明，氟化石墨烯在F吸附原子周围产生局部磁矩，但这并没有得到半局域密度泛函理论（DFT）计算的支持，其中孤立的F吸附原子的吸附在石墨烯中不诱导磁矩。在这里，我们表明，这样一个不正确的预测的电子基态是由于半局域交换相关泛函固有的自相互作用的错误。通过对石墨烯上孤立F原子的混合密度泛函理论计算，不仅预言了F原子的自旋极化基态（自旋矩为1 bohr磁子），而且还预言了石墨烯晶格的二分性以及石墨烯态的诱导自旋极化所引起的长程自旋极化.这一结果为氟化石墨烯中局域磁矩的实验观测提供了支持。
2013-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pentagonal Monolayer Crystals of Carbon, Boron Nitride, and Silver Azide
在这项研究中，我们提出了一个五角形单层的碳（p-石墨烯），氮化硼（p-B $_{2}$ N $_{4}$和p-B $_{4}$ N $_{2}$）和叠氮化银（p-AgN $_{3}$）的结构，电子和机械性能的理论研究，通过执行国家的最先进的第一性原理计算。我们的总能量计算表明完全由五边形组成的单层晶体结构的形成是可行的。此外，电子能带色散计算表明，虽然p-石墨烯和p-AgN $_{3}$是具有间接带隙的半导体，但p-BN结构显示出金属行为。我们还研究了单轴应变下四种不同五边形结构的力学性能（面内刚度和泊松比）。发现p-石墨烯具有最高的刚度值，并且发现相应的泊松比为负。类似地，p-B $_{2}$ N $_{4}$和p-B $_{4}$ N $_{2}$具有负泊松比值。另一方面，p-AgN $_{3}$具有大的正泊松比。在动力学稳定性测试的基础上计算的声子谱的这些五边形单层，我们发现，只有p-石墨烯和p-B $_{2}$ N $_{4}$是稳定的，但p-AgN $_{3}$和p-B $_{4}$ N $_{2}$是容易受到振动激发。
2015-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning Magnetic Properties of Penta-Graphene Bilayers Through Doping with Boron and Oxygen
五-石墨烯（PG）是一种碳同素异形体，由于其用于可再生能源应用的有趣性质，最近引起了材料科学界的注意。虽然在其纯形式下不稳定，但已表明官能化可以稳定其结构。由此产生的一个问题是，使用这种方法是否还可以进一步改善其出色的电子特性。由于PG双层存在sp $^2$和sp $^3$碳平面，因此它由用于电磁性质的官能化调谐的灵活候选物组成。在这项工作中，我们进行密度泛函理论模拟，研究如何的电子和结构性能的PG双层可以调整作为替代掺杂的结果。具体而言，我们观察到不同的磁性能的出现时，硼被用作掺杂剂物种。另一方面，在掺杂有氧的情况下，sp $^2$平面中的键的断裂不会在材料中感生磁矩。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emergence of local magnetic moments in doped graphene-related materials
最近的研究报告的本地化磁矩在掺杂的石墨烯的形成的动机，我们调查嵌入在这种材料中的自旋极化孤立的杂质的能量成本。当一个众所周知的标准形成的局部磁矩在金属中应用到石墨烯，我们能够预测的情况下，是在明确的对比，以前报道的密度泛函理论（DFT）的结果磁矩的存在。当推广到周期性重复的杂质时，这种几何形状通常用于大多数DFT计算，该标准表明，在这种计算中涉及的能量平衡包含所有杂质之间的长程成对磁相互作用的不可避免的贡献。这证明了在磁性掺杂的低维石墨烯基材料的情况下独立晶胞的DFT假设的根本不足。我们表明，这是可以规避的，如果一个以上的杂质，每个单元电池被认为是，在这种情况下，DFT结果完全同意与基于标准的预测的局部磁矩在石墨烯的发病。此外，存在这样一个判断石墨烯中是否可能出现磁矩的标准，将有助于预测未来碳基自旋电子应用的理想材料。
2009-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Atomic adsorption on graphene with a single vacancy: systematic DFT study through the Periodic Table of Elements
石墨烯中的空位提供了改变化学反应性的位点，并打开了通过缺陷工程调整石墨烯性质的可能性。了解这些缺陷的化学反应性对于在先进技术中成功实施碳材料至关重要。我们报告了一个系统的DFT研究的原子吸附在石墨烯上的元素周期表（PTE）的第1至6行的元素，不包括镧系元素的单空位的结果。计算使用PBE，长程色散相互作用校正的PBE（PBE+D2和PBE+D3）和非本地vdW-DF 2功能。我们发现，大多数元素强烈绑定到空位，除了第11和12族的元素，和稀有气体，其中的色散相互作用的贡献是最显着的。与空位的相互作用的强度与元素在其稳定相中的结合能相关：结合能越高，可以预期与空位的结合越强。由于大多数原子可以被困在SV网站，我们已经计算了溶解的潜力，发现在大多数情况下，吸附在空位的金属是更“贵”比他们在相应的稳定相。
2017-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of Water on Fluorinated Graphene
本文采用密度泛函理论（DFT）框架下的第一性原理方法研究了水单体在氟化石墨烯上的吸附。采用四种不同的方法来描述水和碳表面之间的相互作用：传统的广义梯度近似（GGA）下的DFT计算，以及三种类型的计算，分别使用半经验DFT-D2方法，原始的van der Waals密度泛函（vdW-DF）方法，和它的一个变体。与原始石墨烯上的吸附相比，水在氟化石墨烯上的吸附能显着增加，水分子偶极矩的取向发生显着变化。发现最稳定的构型位于与F键合的C原子的顶位正上方，水分子的偶极矩沿表面法线自发排列。
2018-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Tuning pure out-of-plane piezoelectric effect of penta-graphene: a first-principle study
对于二维（2D）材料，一个纯粹的大的平面外的压电响应，兼容当今的底/顶栅技术，是非常需要的。采用密度泛函理论研究了五元石墨烯（CCC）单分子膜的压电特性。然而，$d_{36}$是非常小的，只有-0.065 pm/V。提出了两种策略，以提高CCC单分子膜的压电性能。首先，在双轴和单轴两种应变条件下，应变的增加量都很小，在双轴应变为-2%（单轴应变为-4%）时，$d_{36}$仅增加了3.1%（13.9%）。其次，用B（C）原子取代五角形$\mathrm{CB_2}$单层（CBB）中的C（B）原子层，得到了一个具有动力学和力学稳定性的Janus五单层（CCB）。幸运的是，CCB单层的纯面外压电效应仍然存在，并表现出带隙。计算的$d_{31}$和$d_{32}$分别为-0.505 pm/V和0.273 pm/V，这比CCC单层的$d_{36}$大得多。CCB单层膜的面外压电性$d_{31}$明显高于许多已知的二维材料。此外，其沿y方向的室温电子迁移率高达8865.23 $\mathrm{cm^2V^{-1}s^{-1}}$。我们的工作提供了一种新的方法来实现纯粹的离面压电效应，这是非常理想的压电器件。
2019-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Properties of Various Graphene Quantum Dot Structures: an Ab Initio Study
采用密度泛函理论（DFT）和热DFT（thDFT）计算来评估各种石墨烯量子点（GQD）的能量能带结构、带隙和总能量。DFT计算使用交换相关泛函和范数守恒赝势的局域密度近似进行。我们考虑三角形和六边形的GQD与锯齿形和扶手椅边缘和1-3 nm的尺寸与数百个原子。模拟结果表明，这些量子点都是具有平坦能带结构的直接带隙半导体，适合于电子学和光电子学应用。对A和B亚晶格对称性被破坏的GQD的分析显示出退化的零能壳。使用thDFT计算进行的温度高达1400 K，我们评估的GQD的带隙和总能量的温度依赖性通过熵项和电子动能。结果表明，基态DFT计算是有效的确定GQD的电子性质，直到室温。此外，我们调整紧束缚模型的半经验参数的DFT结果在小GQD，以减少计算成本的大GQD，其中包含多达数千个原子的电子结构计算。
2021-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Electric field enhances the electronic and diffusion properties of penta-graphene nanoribbons for application in lithium-ion batteries: a first-principles study
本研究基于第一性原理发现，外加电场可显著提升五边形石墨烯纳米带吸附锂后的结构稳定性与扩散系数（较无电场提升约719倍），为高效环保的锂离子电池负极材料设计提供了新思路。
2024-07-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A comparative study of density functional and density functional tight binding calculations of defects in graphene
密度泛函紧束缚方法（DFTB）非常适合于研究石墨烯基体系中的点缺陷和线缺陷。在简要回顾使用DFTB在这方面，我们提出了一个比较研究的缺陷结构，能量和动力学之间的DFTB的结果使用DFTB+代码，密度泛函结果使用局部高斯轨道代码，AIMPRO。DFTB精确地再现了一系列点缺陷结构的结构和能量，例如石墨烯中的空位和Stone-Wales缺陷，以及各种未官能化和羟基化的石墨烯片边缘。迁移障碍的空缺和斯通-威尔士缺陷形成障碍准确地再现使用轻推弹性带的方法。最后，我们探讨了使用DFTB的动态缺陷模拟的潜力，作为一个例子，在石墨烯的电子辐照损伤。
2012-07-13 cond-mat.mes-hall 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
Including screening in van-der-Waals corrected DFT calculations. The case of atoms and small molecules physisorbed on graphene
将量子谐振子模型与最大局域Wannier函数技术相结合，发展了密度泛函理论（DFT）/vdW-QHO-WF方法，将vdW相互作用引入到近似密度泛函理论（DFT）中，并将其应用于原子和小分子（X=Ar，CO，H $_2$，H $_2$ O）与苯和理想平面石墨烯表面的弱相互作用.与其他DFT vdw校正方案，包括PBE+D，vdW-DF，vdW-DF 2，rVV 10，以及更简单的局部密度近似（LDA）和半局部广义梯度近似（GGA）方法所获得的结果进行了比较。虽然对于X-苯系统，所有考虑的vdw校正方案都表现得相当好，但事实证明，X-石墨烯相互作用的准确描述需要适当处理多体贡献和短程屏蔽效应，如通过采用DFT/vdw-QHO-WF方法的改进版本所证明的。我们还评论依赖LDA得到一个粗略的描述弱相互作用系统的普遍态度。
2014-02-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
The classical molecular dynamics simulation of graphene on Ru(0001) using a fitted Tersoff interface potential
由于缺乏足够的界面势，弱结合的粘附复合物（如负载的石墨烯）的精确分子动力学模拟是具有挑战性的。取代广泛使用的Lennard-Jones势的弱和长程相互作用，我们使用一个新的参数化的Tersoff势的石墨烯/Ru（0001）系统。新的界面力场提供了足够的莫尔$\acute{e}$超结构，根据扫描隧道显微镜图像和DFT结果。特别地，发现$ξ\approx 1.0 \pm 0.2$ $\hboxÅ$的叠栅比DFT方法（$ξ\approx 1.2$ $\hboxÅ$）发现的略小，并且接近STM测量（$ξ\approx 0.8 \pm 0.3$ $\hboxÅ$）。新的潜力可以在石墨烯研究的许多领域中打开对具有足够的叠栅$\acute{e}$超晶胞的支撑石墨烯的大规模模拟的道路。此外，新的界面势可能提供了一个新的策略，在一般情况下，获得精确的相互作用势的弱结合的大规模系统中，原子动力学是不可访问的，但通过精确的DFT计算。
2013-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism of Fullerene C60 Compared with Graphene Molecule by DFT Calculation, Laboratory Experiment and Astronomical Observation
采用密度泛函理论计算、实验和天文观测三种方法研究了富勒烯C60的磁性。密度泛函理论（DFT）揭示了最稳定的自旋态是Sz=0/2的非磁性自旋态。这与我们最近关于空隙诱导的C23和C53的石墨烯分子是Sz=2/2的磁性石墨烯分子的研究相反。两个石墨烯分子的组合模型表明，每个碳五边形环上的两个上自旋可以相互抵消，使Sz=0/2。类似的取消可能发生在C60上。C60的分子振动红外光谱显示出四个主要谱带，这与实验室气相实验结果一致，也与天文观测到的富碳行星状星云Tc 1和Lin 49中的一个谱带一致。然而，在天文一号上仍然有许多未识别的波段。我们假设石墨烯片上有多个空隙，这可能会产生C60和复杂的石墨烯分子。结果表明，两个空洞诱导的石墨烯分子的光谱与主要天文波段吻合良好。C60和石墨烯分子的简单总和可以成功地再现天文波段的细节。
2021-07-10 astro-ph.GA cond-mat.mtrl-sci
Ni-doped epitaxial graphene monolayer on the Ni(111) surface
以丙烯为原料在Ni（111）表面合成了镍掺杂石墨烯，并利用扫描隧道显微镜（STM）和密度泛函理论（DFT）对其进行了研究。已经确定，镍中心是在通过化学气相沉积（CVD）和程序升温生长（TPG）在Ni（111）表面上合成石墨烯期间形成的;显然，它们总是存在于在Ni（111）上合成的石墨烯中。在STM图像中观察到的中心作为单缺陷或缺陷链，并通过DFT计算确定为碳双空位中的Ni原子。这些镍原子带正电荷，可能对单原子催化有意义。结合的Ni原子在从衬底脱离之后应当保留在石墨烯中，因为它们与石墨烯中的碳原子的结合比与衬底镍原子的结合更强。
2020-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Electrostatic doping of graphene through ultrathin hexagonal boron nitride films
当与石墨烯结合时，六方氮化硼（h-BN）是构建金属h-BN的理想衬底和栅极电介质|石墨烯场效应器件。我们采用第一性原理密度泛函理论（DFT）对Cu| h-BN|石墨烯堆叠以研究石墨烯掺杂如何取决于h-BN层的厚度和施加在Cu和石墨烯之间的电势差。我们开发了一个分析模型，描述了掺杂非常好，使我们能够确定的关键参数，管理设备的行为。预测的石墨烯的本征掺杂对于Al 2 O3-BN层特别突出，并且应该在实验中观察到。它主要是由新的界面项，我们从DFT计算评估的个别材料和h-BN和Cu或石墨烯之间的界面。
2011-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of Hydrogen in Graphene without Band Gap Opening at the Dirac Point
研究了氢掺杂石墨烯的带隙。通过紧束缚模型（TB）发现，对于某些周期性，这里称为NGP（非能隙周期性），在狄拉克点没有能隙打开。这一结果得到了密度泛函理论（DFT）计算的证实。DFT结果表明，一个微小的差距是开放的NGP由于交换效应，没有考虑在TB模型。然而，这个微小的差距是一个或两个数量级的差距比其他周期不同的NGP打开。这一发现为石墨烯的带隙工程实验开辟了新的途径。
2010-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Domains of doping in graphene on polycrystalline gold: first-principles and scanning tunneling spectroscopy studies
我们利用密度泛函理论和扫描隧道谱对石墨烯/金界面进行了研究。石墨烯和下面的金表面之间的弱相互作用在带结构中留下未扰动的狄拉克锥，但是它们可以相对于整个系统的费米能级移动，这导致石墨烯的有效掺杂。DFT计算表明，界面对吸附距离和金属表面结构非常敏感，特别是掺杂的强烈变化可以归因于衬底原子的特定重排，例如晶体取向的变化，表面的弛豫或其他修饰。另一方面，STS实验表明，在样品的不同位置测量的局部态密度（LDOS）的变化方面的能量异质性的存在。零掺杂和p型掺杂的随机重复区域已分别从抛物线形状特征和明确定义的狄拉克点中确定。石墨烯在金上的掺杂域似乎与样品中存在的各种类型的表面结构有关。石墨烯与Au相互作用的DFT模拟表明，所考虑的衬底结构诱导的掺杂存在很大差异，与实验结果一致。所有这些结果都表明了工程石墨烯的电子性质的可能性，特别是调整整个薄片的掺杂，这对于石墨烯在电子器件中的应用是有用的。
2012-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Layer breathing and shear modes in multilayer graphene: A DFT-vdW study
本文利用具有vanderWaals（vdW）泛函的密度泛函理论（DFT）研究了多层石墨烯的结构和振动性质。首先，我们分析不同的vdW泛函比较评估的晶格参数，弹性常数和振动频率的低能光学模式的石墨。我们的研究结果表明，vdW-DF 1-optB 88泛函具有最好的整体性能的振动特性的描述。接下来，我们使用该泛函来研究vdW相互作用对多层石墨烯的结构和振动性质的影响。具体来说，我们评估结合能，层间距离和声子频率的层呼吸和剪切模式。我们观察到我们的计算结果和可用的实验数据之间的良好的协议，这表明，该功能具有真正的预测能力层呼吸和剪切频率尚未测量。这表明仔细选择的vdW泛函可以以良好的准确度描述石墨烯相关系统中的层间键合。
2019-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfacial adhesion between graphene and silicon dioxide by density functional theory with van der Waals corrections
采用色散修正的密度泛函理论（DFT）研究了石墨烯与SiO2衬底之间的界面粘附。结果表明，范德华（vdW）相互作用作为石墨烯/SiO2界面的主导机制。结果发现，由于与水的表面反应的SiO2的表面结构的变化的相互作用强度的强烈影响。当重建的SiO2表面被羟基化时，粘附能降低，并且当被吸附的水分子的单层覆盖时，粘附能进一步降低。因此，湿度的影响可能有助于解释最近实验中石墨烯和SiO2之间测量的粘附能的广泛变化。此外，值得注意的是，vdW力需要精确地建模的石墨烯/SiO2界面与DFT和粘附能被低估的经验力场中常用的原子模拟。
2014-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Benchmarking van der Waals-treated DFT: The case of hexagonal boron nitride and graphene on Ir(111)
最近有巨大的兴趣在弱，范德华型（vdW）相互作用，由于其基本相关的二维材料和所谓的vdW异质结构。由于这些相互作用的非平凡性和非局部性，使用计算机模拟来解决这个问题非常具有挑战性。我们基准不同的治疗伦敦色散力的密度泛函理论（DFT）框架内的六方氮化硼或石墨烯单层Ir（111）通过比较计算的几何形状的一组全面的实验数据。这些系统的几何形状关键取决于vdW相互作用和波函数杂化之间的相互作用，使它们成为vdw处理DFT的极好测试用例。我们的研究结果表明，在计算的原子几何形状的强烈变化。虽然某些近似值重现了实验结构，但这是基于\textit{a posteriori}与"目标结果“的比较。vdw处理DFT的一般预测能力尚未实现，可能需要新的方法。
2019-08-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
