Grain boundary effects on electronic transport in metals
我们提出了基于量子模拟的金属，铜和银的电子的单晶界反射率。我们使用非平衡格林函数和第一性原理方法研究孪晶和非孪晶晶界。我们还通过模拟原子空位、无序和取向研究了晶界反射率的机制，发现晶界取向的变化和晶界本身的无序都对反射率有显著的影响。我们发现，晶界反射率可能会有很大的不同，这取决于晶界结构与实验结果一致。最后，我们研究了多个晶界的反射率，发现晶界反射率可能取决于相邻的晶界。这项研究的基础上详细的数值技术揭示了一些潜在的局限性，在独立的晶粒边界假设的Mayadas-Shatzkes模型。
2010-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Flat Energy Bands within Antiphase and Twin Boundaries and at Open Edges in Topological Materials
提出了一种二维电子、光子和机械超材料系统的模型，该模型具有平坦的一维零模能带和拓扑起源的稳定局域态，这些局域态被限制在孪晶边界、反相边界和开放边缘。作为一个具体的例子，使用一个二维扩展的Su-Schrieffer-Heeger哈密顿与交替移动的链的电子系统的拓扑起源分析这些平坦的带。结果表明，局域平带态的慢群速度敏感地受边界之间的距离控制，并且可以通过这些边界的设计路径引导传播。我们还讨论了如何在超材料中实现这个模型。
2019-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological electronic states and thermoelectric transport at phase boundaries in single-layer WSe$_2$: An effective Hamiltonian theory
单层过渡金属二硫属化物在扭曲的八面体1 T $^\prime$相表现出大的体带隙和无带隙边界状态，这是一个资产，在正在进行的追求拓扑电子学。在单层二硒化钨（WSe $_2$）中，在1 T $^\prime$和半导体（1H）相之间的有序界面处观察到边界态。本文提出了单层WSe $_2$中边界态的有效四带理论，描述了一对Kramers带隙内态以及1 T $^\prime$相导带和价带上光谱终止点的行为。光谱终止点决定了弹道电导和热电势在相边界的温度和化学势的依赖性。值得注意的是，热电势显示出双极行为，改变了1 T $^\prime$ - WSe $_2$的带隙中的符号，并反映了其粒子-空穴不对称性。该理论建立了单层WSe $_2$的体能带结构和弹道边界传输之间的联系，并适用于一系列相关的拓扑材料。
2020-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic-Scale Visualization and Manipulation of Domain boundaries in 2D Ferroelectric In2Se3
铁电材料中的畴界表现出与其母体材料不同的丰富多样的物理性质，并已被提出用于纳米电子学和量子信息技术中的新应用。由于其复杂性和多样性，内部原子和电子结构的域边界，支配电子性质以及动力学域切换仍然远未阐明。利用扫描隧道显微镜和光谱（STM/S）结合密度泛函理论（DFT）计算，我们直接观察了二维铁电体β 'In_2Se_3中畴界的原子结构，并首次揭示了60°尾对尾畴界的双势垒能势.我们进一步可控地操纵与原子精度的畴边界STM和显示，畴边界的运动可以驱动的电场从STM尖端和进行集体转移的原子在畴边界。这些结果将加深我们对二维铁电材料畴界的理解，并促进这些材料的创新应用。
2021-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic states of disordered grain boundaries in graphene prepared by chemical vapor deposition
石墨烯的二维碳晶格的扰动，例如晶界，对这种材料的电荷传输和机械性能具有显著影响。这里提出的扫描隧道显微镜测量结果表明，狄拉克点附近的局域态占主导地位的化学气相沉积生长的石墨烯的晶界的状态的局部密度。这样的低能量状态是不再现的理论模型，处理的晶界作为周期性的位错核心组成的五边形-七边形碳环。使用从头计算，我们已经扩展了这个模型，包括无序，通过引入空位到由周期性位错核心组成的晶界。在这个模型的框架内，我们能够重现测量的状态密度的功能。我们提出的证据表明，在铜上生长的石墨烯中的晶界以双配位碳原子的形式结合了大量的无序。
2013-07-09 cond-mat.mes-hall
Plasmon reflections by topological electronic boundaries in bilayer graphene
在双层石墨烯中分隔AB和BA层间堆叠区域的畴壁作为结构孤子、拓扑电子边界和纳米级等离子体散射体的新例子引起了人们的注意。我们表明，强耦合域壁的红外纳米成像实验中观察到的表面等离子体是由于拓扑手性模式局限于墙壁。这些手征模之间的光学跃迁和连续带增强了局域交流电导率，这导致了畴壁的等离子体反射。成像揭示了两种等离子体驻波干涉图案，我们归因于剪切和拉伸畴壁。我们计算的电子结构的两个壁品种，并表明，拉伸壁包含额外的限制带产生的局部导电性的结构特定的对比。计算的等离子体干涉轮廓与我们的实验定量一致。
2017-07-13 cond-mat.mes-hall
Dislocations and Grain Boundaries in Two-Dimensional Boron Nitride
一种新的位错结构--正方形-八边形对（4| 8）是通过第一性原理计算在二维氮化硼（h-BN）中发现的。它的能量低于相应的五边形-七边形对（5| 7），其中含有不利的同质元素键。根据位错的结构，研究了BN中的晶界。根据晶粒的倾斜角度，GB可以是极性的（富B或富N），由5| 7s，或单极，由4个组成|8先令极性GB携带净电荷，在富B时为正，在富N时为负。与石墨烯中通常阻碍电子传输的GB相比，极性GB与完美BN相比具有更小的带隙，这可能表明有趣的电子和光学应用。
2012-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First Principles Study of Electronic Structure and Transport in Graphene Grain Boundaries
本文用DFT和NEGF方法研究石墨烯晶界的电子结构与输运，将150种晶界分为四类，揭示自旋极化与面外屈曲相关，并展示电流可沿晶界引导。
2024-01-12 cond-mat.mes-hall
Topological Defects in Graphene: Dislocations and Grain Boundaries
尽管有大量的实验观察，但石墨烯中的拓扑缺陷，位错和晶界仍然没有得到很好的理解。我们介绍了一种通用的方法，用于构建任意伯格斯矢量以及晶界，覆盖整个范围内的可能的取向差角的石墨烯位错。通过使用从头计算，我们调查这些拓扑缺陷的热力学和电子性质，发现积极有利的对称大角度晶界，强烈的倾向，在小角度制度的面外变形，和显着的影响，对电子结构。目前的研究结果表明，位错和晶界是石墨烯中重要的本征缺陷，可以用于工程石墨烯基纳米材料和功能器件。
2010-05-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Localized electronic states at grain boundaries on the surface of graphene and graphite
石墨烯和其他2D材料的大规模合成的最新进展强调了诸如位错和晶界（GB）的局部缺陷的重要性，特别是它们改变材料的电子性质的趋势。了解多晶形态如何影响电子特性对于开发柔性电子、能量收集设备或传感器等应用至关重要。在这里，我们报告原子尺度上的几个GB的表征和在其附近的本地化的电子状态的结构依赖性。利用低温扫描隧道显微镜（STM）和光谱学（STS），结合紧束缚和从头算数值模拟，我们研究了石墨表面的GBs，阐明了局域态密度（LDOS）与其原子结构之间的联系.我们表明，这些GB的电子指纹由明显的共振，这取决于相邻微晶的相对取向，出现在电子侧的光谱或作为一个电子-空穴对称的双峰接近电荷中性点。这两种类型的光谱特征将非常不同地影响输运性质，允许在不对称的情况下引入输运各向异性，其可以用于设计新颖的生长和制造策略以控制器件性能。
2016-08-01 cond-mat.mes-hall
Electronic States of Graphene Grain Boundaries
我们引入了一个模型，在石墨烯中的非晶晶界，并发现，稳定的结构可以存在沿边界，负责在零和有限（~0.5 eV）的能量的局部态密度增强。这种零能量峰特别是在STS测量中识别的[J. Červenka，M. I. Katsnelson和C. F. J. Flipse，Nature Physics 5，840（2009）]，但不存在于最简单的五边形-七边形位错阵列模型中[O. V. Yazyev和S. G. Louie，Physical Review B 81，195420（2010）]。我们认为，在石墨烯位错阵列的低能连续理论，并表明，它预测本地化的零能态。由于连续统理论是基于理想化的晶格尺度物理学，因此它是先验的，而不是字面上的适用。然而，我们确定了稳定的位错核心，不同于五边形-七边形对，它确实携带零能态。这些可能是负责增强磁性实验中看到石墨晶界。
2010-07-07 cond-mat.mes-hall
Electronic transport across linear defects in graphene
我们研究了低能电子在石墨烯带和无限薄片中的晶界输运。利用递归格林函数方法，计算了石墨烯带中不同类型晶界的电子透射率。我们显示的电荷密度分布和电流沿带的流动的结果。我们研究线性缺陷在不同的角度与带状方向，以及重叠的两个单层带状域形成一个双层区域。针对一类周期为3的扩展缺陷线，发展了一种研究无限薄片中输运的解析方法。由于$K$和$K'$狄拉克点是重叠的，这类扩展晶界特别有趣。
2015-04-03 cond-mat.mes-hall
Electronic transport in polycrystalline graphene
大部分可用的宏观量的材料都是多晶的。石墨烯是最近发现的一种二维碳，具有在未来电子产品中取代硅的强大潜力，也不例外。越来越多的证据表明，使用各种技术获得的石墨烯样品具有多晶性质。晶界是多晶材料的固有拓扑缺陷，有望极大地改变石墨烯中的电子输运。在这里，我们发展了一个理论的载流子传输通过晶界组成的周期性阵列的位错在石墨烯的基础上的动量守恒原理。根据晶界结构，我们发现两种不同的传输行为-高透明度，或完美的反射载流子在非常大的能量范围。第一性原理量子输运计算被用来验证和进一步研究这种惊人的行为。我们的研究揭示了大面积石墨烯样品的输运性质。此外，具有可调传输间隙的周期性晶界的有目的的工程设计将允许控制电荷电流，而不需要在其他半金属石墨烯中引入体带隙。所提出的方法可以被视为构建实用石墨烯电子器件的一种手段。
2010-07-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pinching and Probing of Polygonal Grain Boundaries
本研究利用STM在亚埃级分辨率下探测石墨多边形晶界，发现其金属特征与van Hove奇点，通过皮米级夹持技术揭示能带平坦化趋势，并首次在原子级实验中探测到自旋极化磁态差异，为自旋输运和量子传感提供潜在应用。
2023-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogenated grain boundaries in graphene
我们通过第一性原理计算研究了具有不同晶界缺陷的氢化石墨烯结构的结构和电子性质。我们的总能量结果表明，在晶界缺陷处，单个H的吸附更稳定。研究了氢吸附时晶界的电子结构。进一步的总能量计算表明，两个H在两个相邻的碳上的吸附，形成石墨烷的基本单元，在缺陷区域更稳定。因此，我们预期这些扩展的缺陷将作为用于形成嵌入石墨烯区域中的窄石墨烷条的成核区域。
2011-03-22 cond-mat.mes-hall
Anomalous twin boundaries in 2D materials
石墨烯等2D材料的高机械强度和优异的柔韧性是它们最重要的特性之一[1]。良好的柔性是在许多新兴技术中利用2D材料的关键，例如可穿戴电子设备，生物电子设备，保护涂层和复合材料[1]，最近弯曲已被建议作为调整电子传输行为的途径[2]。对于几乎所有的晶体材料，宏观变形都是通过位错的运动和孪晶缺陷的形成来调节的[3];所得微观结构的几何形状在很大程度上决定了机械和电子性能。尽管如此，2D材料在机械变形后的原子微观结构尚未得到广泛研究：只有通过了解这些变形的微观结构才能准确预测和控制所产生的性能。在本文中，我们描述了不同的结构特征，可以形成作为一个结果，弯曲的范德华（vdW）晶体的二维材料。我们发现，孪晶界，一类重要的晶体缺陷，离域的几个纳米，而不是原子尖锐的，因为已经假定了半个多世纪[4]。此外，我们表明，不同类别的微观结构中存在的变形材料，可以预测从刚刚的原子结构，弯曲角度，和薄片厚度。我们预计，2D材料变形结构的新知识将为定制传输行为[2]，机械性能，液相[5，6]和透明胶带剥离[7，8]以及晶体生长提供基础。
2018-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Manipulation of Magnon Topology by Chirality Injection from Boundaries
本研究提出通过边界自旋手性注入的电子操作调控磁振子拓扑相的方案，突破传统体调控的限制，验证了其在铁磁及反铁磁蜂窝晶格中的有效性，并提出热霍尔电导率肩峰作为实验探测标志。
2022-09-20 cond-mat.mes-hall
Magnetic Ordering, Anomalous Lifshitz Transition and Topological Grain Boundaries in Two-Dimensional Biphenylene Network
研究了一种由联苯分子网络化形成的平面碳晶体的电子性质。碳材料中的新的电子特征，如带中心鞍点和特殊的II型狄拉克费米子态被证明存在于低能电子谱。这里的II型状态有一个几乎平坦的分支，并且接近于向I型的过渡。讨论了可能与低能带有关的磁不稳定性。此外，在适度的单轴应变下，一对狄拉克点与区域中心鞍点合并，实现了范霍夫奇点的Lifshitz跃迁和狄拉克费米子的对湮灭。一个新的有效的哈密顿量，包括所有独特的低能量状态的构建，揭示了一个有限的缠绕数的伪自旋纹理周围的狄拉克点，量子化Zak阶段，和拓扑晶界状态。
2022-03-17 cond-mat.mes-hall
Electronic transport close to boundaries of semi-infinite graphene and their interfaces
随着石墨烯等材料的成功制备，二维材料的输运性质，特别是其边界附近的输运性质受到了人们的广泛关注。虽然大多数以前的工作是致力于传统的铅设备铅设置与有限大小的中心区域，本项目研究的实际空间输运性质的无限和半无限的二维系统下的非平衡格林函数的框架。通常采用的直接在实空间中求逆矩阵的方法在处理大系统时可能不稳定，因为有时它会给出不收敛的结果。更不用说计算误差和时间随着系统的大小而急剧增加。通过从实空间到动量空间的变换，将矩阵求逆的过程用布里渊区积分过程代替，而围道积分的应用可以大大简化布里渊区积分过程。将这种方法与戴森方程相结合，我们能够计算半无限石墨烯靠近其锯齿形边界的输运性质及其与包括s波超导体在内的其他材料的组合。通过计算验证了透射电子和反射电子的干涉图样、石墨烯透镜效应以及镜面Andreev反射与正常Andreev反射的差异。
2016-12-14 cond-mat.mes-hall
Local Electronic Structure Changes in Polycrystalline CdTe with CdCl$_2$ Treatment and Air Exposure
已知多晶CdTe的沉积后CdCl $_2$处理增加光伏效率。然而，支持这种改进的精确化学，结构和电子变化仍然存在争议。在这项研究中，光谱光电子显微镜被用来空间映射的真空能级和电离能的碲化镉薄膜，使晶粒和晶界之间的电子结构的变化的识别。在真空制备和惰性转移的无氧化物的CdTe表面隔离的CdCl $_2$处理和环境氧气暴露的单独效果。定性，晶界显示较低的功函数和向下的能带弯曲相对于晶粒内部，但只有在空气中暴露的氯化镉$_2$处理的CdTe。对晶界（GB）处的大量空间电荷区域的分析显示290 nm的平均耗尽宽度和70 meV的平均能带弯曲幅度，对应于10 $^{11}$ cm $^{-2}$的GB陷阱密度和10 $^{15}$ cm $^{-3}$的净载流子密度。这些结果表明，CdCl $_2$处理和氧暴露可以独立地调节，以通过工程化界面和体电子结构来增强CdTe光伏性能。
2018-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Efficient implementation of the nonequilibrium Green function method for electronic transport calculations
采用非平衡格林函数（NEGF）方法和基于局域赝原子轨道（PAO）的密度泛函理论（DFT）相结合，计算了有限偏压下两引线连接体系的电子输运.在实现过程中，特别是密度矩阵的评估和处理之间的散射区域和引线的边界，准确和有效的方法开发。平衡和非平衡的贡献在密度矩阵的计算精度非常高的轮廓积分与Fermi-Dirac函数的连分式表示和一个简单的quadratureon一个小的虚部的实轴上，分别。采用二维快速傅里叶变换（FFT）和有限差分相结合的方法，有效地计算了Hartree势，并对边界附近的电荷密度进行了仔细的处理，以避免边界处的寄生散射。密度矩阵的快速收敛特性证明了该方法的有效性。此外，作为一个例子，我们的方法适用于锯齿形石墨烯纳米带，Fe/MgO/Fe隧道结，和LaMnO $_3/$ SrMnO $_3$超晶格，证明其适用于各种各样的系统。
2009-08-28 cond-mat.mes-hall
Robust one-dimensionality at twin-grain-boundaries in MoSe$_{2}$
我们发现，一维电子态限制在双晶界的MoSe $_{2}$可以模拟由三轨道紧束缚模型，包括一组最小的唯象跳跃项。受限态对缺陷跳跃模型的细节是鲁棒的，这与它们在实验中的普遍性一致。尽管谷陈数是有限的，相反的两侧缺陷，有没有拓扑保护的限制状态。这证明是一个基本特征，只有一个有限的电子带，与实验一致，而不是两个，因为散装边缘对应将意味着。作为一个一维相互作用的电子系统建模的限制状态，使我们能够揭示一个移动的量子杂质型行为的能量尺度超出Tomonaga-Luttinger液体的相互作用范围，延伸到晶格间距，在良好的协议与ARPES测量。
2019-03-06 cond-mat.mes-hall
Control and Characterization of Individual Grains and Grain Boundaries in Graphene Grown by Chemical Vapor Deposition
对石墨烯的强烈兴趣已经推动了高质量石墨烯和石墨烯器件的可规模化生产。由于迄今为止合成的大规模石墨烯膜通常是多晶的，因此表征和控制通常被认为会降低石墨烯质量的晶界是重要的。在这里，我们研究了单晶石墨烯颗粒的环境CVD多晶铜合成，并显示如何合并晶粒之间的个别边界影响石墨烯的电子特性。石墨烯晶粒与Cu基体没有明确的外延关系，可以穿过Cu晶界。这些晶粒的边缘被发现主要是平行于锯齿形方向。我们发现，晶界给出了一个显着的拉曼“D”峰，阻碍电输运，并诱导突出的弱本地化指示的谷间散射在石墨烯。最后，我们展示了一种使用预图案化的生长种子来控制石墨烯成核的方法，开辟了一条无晶界的单晶石墨烯器件的可扩展制造路线。
2011-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous time reversal symmetry breaking at individual grain boundaries in graphene
石墨烯晶界因其具有几乎无色散的电子带和磁不稳定性的能力而引起人们的兴趣。在这里，我们采用量子输运和通用电导波动（UCF）测量实验证明了时间反转对称性（TRS）的自发破缺跨越单个GB的化学气相沉积石墨烯。虽然量子运输跨GB表示自旋散射诱导的退相，因此形成的本地磁矩，低于$T\lesssim 4$ K，我们观察到完全解除TRS在高载流子密度（$n \gtrsim 5\times 10^{12}$ cm $^{-2}$）和低温（$T\lesssim 2$ K）。随着掺杂密度的增加，UCF幅度前所未有地减少了30倍，这进一步支持了在GB处出现冻结磁状态的可能性。我们的实验结果表明，石墨烯的现实GB可以是一个有前途的资源，新的电子相和自旋为基础的应用。
2021-03-30 cond-mat.mes-hall
Zero Modes on Zero-Angle Grain Boundaries in Graphene
利用拓扑能带理论分析了单层石墨烯中限制在零角晶界的电子态。我们确定了一个隐藏的手征对称性，支持对称保护零模式的投影散装差距。这些分支占据了界面投影布里渊区的有限部分，并终止于散装间隙封闭，表现出拓扑转变的散装系统，在接口处加入的占用流形。通过对紧束缚晶格的数值计算和对体基态几何相位的分析，研究了这些特征。
2014-10-16 cond-mat.mes-hall
Correlated magnetic states in domain and grain boundaries in graphene
从头计算表明，虽然在石墨烯中由晶界引入的电子状态仅部分地被限制在缺陷核心，但域边界引入了非常强烈地被限制在缺陷核心的费米能级附近的状态，并且显示铁磁基态。畴边界完全浸没在石墨烯基质内，因此这种磁性状态被保护免受在带边缘状态的情况下阻碍实验检测的重构效应。此外，我们的计算表明，一维扩展缺陷和石墨烯中的体之间的电荷转移是短程的晶粒和畴界。
2011-09-30 cond-mat.mes-hall
Efficient electron open boundaries for simulating electrochemical cells
非平衡电化学对原子模拟提出了新的挑战：我们需要对原子核的自由度进行分子动力学，并对电子进行明确的描述，而电子又必须能够自由地进入和离开计算单元。在这里，我们提出了一个限制形式的电子开边界，适用于当电流的大小是由溶液中的离子的漂移和扩散，这是足够的计算效率与分子动力学使用。我们证明了它的能力，通过紧束缚模拟的平行板电容器，有和没有位于板之间的空间中的二聚体。
2017-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring energy landscape of graphene nanostructures on graphene and realizing atomically precise graphene origami using tilt grain boundaries
在二维范德华材料中，相邻层之间的相对扭转角不仅控制了它们的电子性质，而且决定了它们的堆叠能。这种效应使得更容易实现vdWs材料的能量有利的配置，例如双层石墨烯的Bernal堆叠结构。在这里，我们证明了我们可以可控地定制石墨烯纳米结构在石墨烯上的粘附能量景观，并通过使用一维倾斜晶界（GB）来稳定具有可调扭转角的系统。具有由倾斜GB分开的不同堆叠级的面积比被连续地调谐，这提供了新的自由度来定制系统的能量景观。由于倾斜GB分隔的不同堆叠顺序，我们可以沿着一维边界精确地重复折叠和展开石墨烯纳米结构，展示了实现原子级精确石墨烯折纸的能力。
2021-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron interaction, charging and screening in grain boundaries in graphene
在Hartree和Hubbard近似下，研究了有限电子密度下静电掺杂石墨烯中晶界的电子、输运和自旋性质。我们证明，根据GB的特性，其上的态可以具有群速度为零的金属特性，或者可以完全填充而失去承载电流的能力。这些态在电荷积累和自旋极化方面表现出质的不同特征。我们还表明，半经典的Escheras-Fermi方法提供了一个令人满意的近似计算的自洽势。由于这种电势的增强的背散射，GB的电导降低。
2013-08-31 cond-mat.mes-hall
Self-organized pseudo-graphene on grain boundaries in topological band insulators
半金属的特点是节点能带结构，产生奇异的电子特性。狄拉克半金属的稳定性，如二维（2D）的石墨烯，需要晶格对称性的存在，而类似于拓扑带绝缘体的表面状态，三维（3D）的Weyl半金属受到带拓扑的保护。在这里，我们表明，在大部分的拓扑带绝缘体，自组织拓扑保护的半金属可以出现沿晶界，一个无处不在的扩展晶格缺陷在任何晶体材料。除了实验上可获得的电子输运测量之外，这些状态在2D中表现出影响边缘自旋输运的谷异常，而在3D中，它们表现为可以表现出奇数量子霍尔效应的类石墨烯状态。这些新的半金属的一般机制-自旋模式绑定到晶界的杂交-表明拓扑半金属可以出现在任何拓扑材料中，其中晶格位错绑定局部拓扑模式。
2016-03-17 cond-mat.mes-hall
Intervalley scattering of graphene massless Dirac fermions at 3-periodic grain boundaries
我们研究了低能量载流子如何从周期性和线性石墨烯晶界上散射，这些晶界沿着锯齿形方向取向，其周期性是原始石墨烯的三倍。这些缺陷将两个狄拉克点映射到同一位置，从而允许谷间散射发生。从石墨烯的第一近邻紧束缚模型开始，我们展示了如何计算石墨烯的无质量狄拉克费米子在这样的晶界上所看到的边界条件。我们举例说明这个过程的3周期五边形只有晶界，然后计算出低能电子散射这个线性缺陷。我们还计算了在晶界区域的狄拉克费米子看到的有效广义势。
2016-10-22 cond-mat.mes-hall
Complex evolution of the electronic structure from polycrystalline to monocrystalline graphene: generation of a new Dirac point
第一性原理计算，用于解决多晶石墨烯的性质，表明在该系统中的倾斜晶界的电子结构显示出相当复杂的演变向石墨烯块体，随着倾斜角减小，在费米能级处产生新的狄拉克点，和各向异性狄拉克锥的低能量激发。此外，在{ \bf K}点处的通常狄拉克点低于费米能级，并且随着倾斜角减小而朝向费米能级上升。此外，我们的计算表明，晶界形成能的行为非单调的倾斜角，由于在空间分布和相对贡献的键拉伸和键弯曲变形与缺陷的形成相关的变化。
2009-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kapitza thermal resistance across individual grain boundaries in graphene
我们使用广泛的经典分子动力学（MD）模拟研究了悬浮单层石墨烯中单个晶界的热输运。我们利用二维相场晶体方法构建了含有对称倾斜角晶界的双晶石墨烯样品，然后利用分子动力学方法对样品进行弛豫。相应的Kapitza电阻，然后使用非平衡MD模拟计算。我们发现，Kapitza电阻强烈地依赖于倾斜角，并显示出明确的相关性，在一个给定的晶界缺陷的平均密度，但并不强烈相关的晶界线张力。我们还表明，量子效应是显着的定量测定Kapitza电阻通过应用模式的模式的量子校正的经典MD数据。修正后的数据与量子力学的Landauer-Bütticker计算结果符合得很好。
2017-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structure and Transport in Graphene/Haeckelite Hybrids: An {\em Ab Initio} Study
我们结合{ \em ab initio}密度泛函理论（DFT）的结构研究与DFT为基础的非平衡格林函数计算，探讨非六方环的存在如何影响石墨结构中的电子输运。我们发现，无限的单层，有限宽度的纳米带和纳米管形成的5-8 haeckelite只有5-和8-元环通常比他们的石墨烯为基础的同行更导电。完美的石墨结构中存在的海克石缺陷线，CVD生长的石墨烯中的晶界的模型，增加了电子导电性，并使其高度各向异性。
2015-02-25 cond-mat.mes-hall
Hybrid light-matter boundaries of graphene in a chiral cavity
Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究院）；Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics（哈佛-史密森天体物理中心）；Harvard University（哈佛大学）；Villanova University（维拉诺瓦大学）；Indiana University（印第安纳大学）
针对嵌入圆偏振腔的石墨烯，结合精确对角化、半解析T矩阵及狄拉克-杰恩斯-卡明斯模型解析，揭示光-物质相互作用诱导能隙中的单向边缘电流特性，为可调手性通道提供蓝图。
2025-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Strain Solitons and Topological Defects in Bilayer Graphene
自发对称性破缺是物理学中普遍存在的现象，其中系统的基态的对称性低于底层的哈密顿量。它导致多重简并基态，每个基态都有一个不同的“破缺”对称性，用一个序参量来标记。该序参量在空间中的变化导致在不同对称破缺区域的边界处的类孤子特征，也导致拓扑点缺陷。双层石墨烯是这一物理学的一个迷人的实现，其层间堆叠坐标给出了序参量。双层石墨烯一直是深入研究的主题，因为在垂直电场的存在下，通过与其对称性破缺密切相关的机制，带隙出现在其电子光谱中[1-3]。理论家进一步提出，在对称性破坏的堆叠畴之间的边界处存在新的电子态[4-5]。然而，很少有人知道这些边界的结构特性。在这里，我们使用电子显微镜测量与纳米尺度和原子分辨率的宽度，运动和拓扑结构的孤子边界和拓扑缺陷的双层石墨烯。我们发现，每个孤子由两个石墨烯层之间的原子尺度的注册表移位发生在6-11 nm。我们推断了层间平移的最小能垒，并在高于1000 °C的原位加热过程中观察到孤子运动。各种样品中这些结构的丰富性以及它们不寻常的性质表明它们将对双层石墨烯的电子和机械性质产生重大影响。
2013-04-29 cond-mat.mes-hall
Conductance quantization in graphene nanoconstrictions with mesoscopically smooth but atomically stepped boundaries
我们提出了百万原子电子量子输运计算的石墨烯纳米收缩的边缘是光滑的，除了原子尺度的步骤的结果。我们发现电导以2 e2/h的整数倍量化，并且如在最近的实验中一样在约0.5* 2 e2/h处达到平台[Tombros等人，Nature Physics 7，697（2011）]。我们证明，令人惊讶的是，电导量子化的整数倍的2 E2/h发生，即使是强烈的非绝热电子背散射在阶梯边缘，降低了电导的一个或多个电导量子低于绝热值。我们还表明，电导平台附近的0.5* 2 E2/h可以发生作为电子背散射的结果，即使在电子-电子相互作用的情况下，在阶梯状的边缘。
2012-03-09 cond-mat.mes-hall
Quantum Hall effect in polycrystalline graphene: The role of grain boundaries
我们使用数值模拟来预测奇特的磁输运指纹在多晶石墨烯，由不同尺寸和取向的晶界的存在下驱动。朗道能级的形成被证明是受多晶形态的限制，要求磁长度小于平均晶粒半径。局域化的性质也被发现是不寻常的，强烈的局域化状态在朗道能级的中心（包括通常高度鲁棒的零能态）和扩展的电子状态之间的朗道能级。这些扩展状态沿晶界网络渗透，导致体耗散电导率的有限值和量子化霍尔电导的抑制。这种故障的量子霍尔制度引起的扩展结构缺陷也说明了通过两个终端的Landauer-Büttiker电导计算，表明一个单一的晶界如何诱导边缘状态之间的交联躺在相对两侧的带状几何形状。
2014-10-03 cond-mat.mes-hall
Stacking boundaries and transport in bilayer graphene
原始的双层石墨烯在某些情况下表现为具有几meV的传输间隙的绝缘体。这种行为已被解释为多体关联引起的内在电子不稳定性的结果。然而，有趣的是，一些具有类似迁移率的样品表现出良好的金属性质，具有$2e^2/h$量级的最小电导率。在这里，我们提出了一个解释这种二分法，这是无关的电子相互作用，而不是基于可逆的形成堆叠域（“孤子”）之间的边界。我们认为，使用数值分析，以前推断的多体绝缘状态的标志性特征可以解释为散射域之间的边界具有不同的堆叠顺序（AB和BA）。此外，我们提出的实验证据，加强我们的解释，金属和绝缘制度之间的可逆切换悬浮双层时，受到热循环或高电流退火。
2014-03-13 cond-mat.mes-hall
Quantum transport through pairs of edge states of opposite chirality at electric and magnetic boundaries
我们从理论上研究了量子霍尔系统中的电输运，该系统具有体载流态和边缘载流态。空间变化的磁约束和电约束产生成对的载流线，所述载流线取决于约束是由磁分裂栅极还是磁条栅极施加而在相同或相反方向上漂移。我们研究的电子结构，通过计算的本地态密度和导电性的通道作为这些状态的手征性和波函数重叠的函数。我们证明了高或低的磁场取决于对边缘状态的手征和与碰撞过程相关的背散射振幅的手征的电导率峰的移位。
2018-03-30 cond-mat.mes-hall
Electronic response of graphene to linelike charge perturbations
未掺杂或弱掺杂的石墨烯对带电线的静电屏蔽的问题被处理为超出线性响应理论。在离带电线的中间距离x处，感生电子密度近似与掺杂无关，为n（x）~（logx）^2/x^2。在较大的x处，如果外部扰动对于石墨烯载流子是排斥的，则可以形成双pn结。计算了这种非均匀性对石墨烯电导和量子电容的影响。结果是相关的石墨烯晶界的输运性质和局部静电控制的石墨烯与双栅极。
2015-05-02 cond-mat.mes-hall
Effect of the disorder in graphene grain boundaries: A wave packet dynamics study
在铜箔上化学气相沉积（CVD）是制备石墨烯样品的最有前途的方法之一，尽管在完美的石墨烯晶格中引入了许多晶界。通过控制CVD方法中的参数，可以在实验上实现丰富多样的GB结构。晶界含有非六方碳环（4、5、7、8元环）和各种比例和排列的空位。利用波包动力学（WPD）模拟和紧束缚电子结构计算，研究了GBs结构对输运性质的影响。在计算机中创建了三种具有增加的无序度的模型GB：周期性的5-7 GB、“蛇形”GB和包含4，8元环和空位的无序GB。发现对于小能量（E=EF+-1eV），透射率随无序度的增加而减小。四元环和空位被确定为主要的散射中心。揭示GBs的性质与CVD生长方法之间的联系可能会在基于石墨烯的纳米电子学中开辟新的机会。
2013-10-25 cond-mat.mes-hall
Tunable electronic transport and unidirectional quantum wires in graphene subjected to electric and magnetic fields
石墨烯中的磁势垒不容易调节。然而，引入电场和磁场两者在石墨烯中提供了可调谐的且更可控的电子状态。在这里，我们研究这样的系统。可以使用垂直的电场和磁场在石墨烯中形成一维通道。该通道（量子线）支持局域化的电子-空穴态，其参数可以由电场控制。这种量子线提供了特殊的导电特性，如单向导电性和对无序的鲁棒性。两个分离的量子线包括具有两种类型的本征模的波导：一种类型类似于传统波导，另一种类型由沿着波导的边界传播的耦合表面波形成。
2010-02-08 cond-mat.mes-hall
Electronic transport in graphene nanoribbons with sublattice-asymmetric doping
最近的实验结果和理论预测表明，氮掺杂的CVD生长的石墨烯可能会引起电子带隙由于杂质分布，有利于在一个单一的子晶格上的隔离。在这里，我们从理论上证明，这样的分布引起更复杂的行为，在存在的边缘，几何形状决定是否在样品中的电子查看杂质作为一个间隙开放的平均电位或散射体。锯齿形边缘引起后一种情况，并消除了扩展的石墨烯样品中预测的电子带隙。我们预测，这样的行为将引起泄漏附近的晶界具有类似的几何形状或边缘蚀刻设备。此外，我们研究了在不同的亚晶格域，这应该是可观察到的实验和提供有趣的波导可能性之间的界面处的一维金属通道的形成。
2016-02-08 cond-mat.mes-hall
Unique electronic and optical properties of stacking-modulated bilayer graphene under external magnetic fields
本研究通过调控AB-BA畴壁，揭示了堆叠调制双层石墨烯中振荡的朗道子带与一维光谱特征，并阐明了磁长度与系统公度性对量子化的影响。
2024-03-13 cond-mat.mes-hall
Simulation electronic thermes of two atoms molecules
在微扰理论的一级中，考虑泡利原理，计算了双原子分子的电子项修正。
2021-02-07 cond-mat.mes-hall
Quasiparticle scattering off phase boundaries in epitaxial graphene
利用扫描隧道显微镜（STM）研究了超高真空下热分解6 H-SiC（0001）晶体生长的单层石墨烯（SLG）台阶的电子结构。我们重点研究了SLG阶地边缘附近的局域态密度（LDOS）的扰动。扶手椅形边缘有利于谷间准粒子散射，导致石墨边缘和SiC（0001）上SLG的（\surd 3 \times \surd 3）R30° LDOS超结构。使用LDOS图像的傅里叶变换，我们证明了SLG的本征掺杂是在费米能量下的LDOS图案的原因，其比中性石墨烯或石墨更复杂，因为它结合了局部（\surd 3 \times \surd 3）R30°超结构和远程拍频调制。虽然这些特征已经由Yang等人Nanoletters 10，943（2010）报道，但是我们在这里提出了基于经典地用于描述标准二维系统中的驻波图案的简单参数的替代解释。最后，我们讨论了其他典型边界的谷间散射的情况下：锯齿形边缘和SLG/双层石墨烯结。
2012-01-17 cond-mat.mes-hall
Boundaries of Subcritical Coulomb Impurity Region in Gapped Graphene
在二维Dirac-Weyl图像下，利用变分法研究了均匀磁场中含有带电库仑杂质的石墨烯电子的能谱.我们所采用的变分方法是利用均匀磁场中二维Dirac费米子的精确本征态作为确定带电库仑杂质的解析能量本征值的基础。这种方法使我们能够确定在磁场的存在下，在哪些条件下，束缚态溶液可以或不可以存在于带隙石墨烯。此外，还分析了无质量极限下均匀磁场对亚临界库仑杂质区边界的影响。分析结果表明，临界杂质强度随能隙/质量参数的增大而减小，随磁场强度的增大而增大。在无质量极限下，临界库仑耦合强度与磁场无关，其基态能量上限为0.752。
2010-05-20 cond-mat.mes-hall
Time-dependent density-functional theory for real-time electronic dynamics on material surfaces
材料表面的实时电子动力学对各种应用至关重要。然而，他们的模拟仍然具有挑战性的传统方法，如依赖于时间的密度泛函理论（TDDFT）的孤立和周期性的系统。通过将TDDFT的适用性扩展到具有开放边界的系统，我们实现了对材料表面局部扰动的实时电子响应的精确原子模拟。两个典型的情况下例示：石墨烯表面上的过剩电子的弛豫，和电子转移通过分子-石墨烯界面。瞬态和长时间的渐近动力学进行了验证，这突出了开放系统TDDFT方法的基本重要性和独特的实用性。模拟还提供了洞察的时间电子演化和散逸体材料表面上的特征。
2013-07-22 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Lattice defects and boundaries in conducting carbon nanotubes
本文研究了锯齿型和扶手椅型导电碳纳米管中各种缺陷和边界结构对低能电子性质的影响。导带的紧束缚模型被精确地映射到由两个非耦合平行链组成的简单晶格模型。杂质、结构缺陷或帽等缺陷可以很容易地包含在有效的晶格模型中，从而对其后果进行详细的物理解释。该方法是相当普遍的，可以用来研究各种可能的缺陷，在碳纳米管。我们获得预期的电子密度图案从扫描隧道显微镜实验的半富勒烯帽和两个典型的杂质在管的体积，即斯通-威尔士缺陷和一个单一的空缺。
2009-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
