Zigzag-base Folded Sheet Cellular Mechanical Metamaterials
日本将平板变成3D复杂结构的艺术“折纸”启发了机械超材料的设计。机械超材料是一种具有不寻常特性的人工工程材料。Miura-ori是一种非凡的折纸折叠模式，具有超材料特性和广泛的应用。在这项研究中，通过错位沿连接脊的三浦织图案的锯齿形条带，我们创建了一类单自由度（DOF）的细胞机械超材料。所得到的配置是基于一个单位单元，其中两个锯齿形带围绕一个孔的截面。我们发现，错位锯齿形条的三浦ori沿连接脊，保存和/或调谐的三浦ori的优秀性能。由于图案中存在孔，所引入的材料比其对应的Miura-ori片材轻。此外，它们也适用于Miura-ori的类似修改，使其适用于广泛的应用。
2015-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Vacancies on the Mechanical Properties of Phosphorene Nanotubes
采用密度泛函紧束缚方法研究了单空位和双空位的扶手椅型（AC）和锯齿型（ZZ）磷烯纳米管（PNTs）在单轴拉伸应变下的力学性能、变形和破坏.
2018-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Tunable resonances due to vacancies in graphene nanoribbons
研究了锯齿形和金属扶手椅型石墨烯纳米带中存在一个或两个空位时的相干电子输运。考虑到电导指纹的原子尺度可调谐性，主要关注的是到边缘的距离和空位间距的影响。一个参与的相互作用的空位亚晶格位置和纳米晶边缘终止，连同间距参数导致宽电导共振线形状的修改。打开磁场引入了一种新的长度尺度，揭示了系统的纯几何方面与石墨烯的基本原子尺度性质之间相互作用的反直觉方面。
2010-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio Studies of the Possible Magnetism in BN Sheet by Non-magnetic Impurities and Vacancies
我们利用第一性原理计算研究了BN片中不同浓度的非磁性杂质和空位可能引起的磁性。Be、B、C、N、O、Al和Si的原子作为杂质用于替代系统中的B或N。我们讨论了态密度的变化以及缺陷态的空间分布的程度，可能形成的磁矩，磁化能的大小，最后由于这些缺陷的存在的交换能。结果表明，在大多数缺陷系统中，随着缺陷浓度的降低，磁化能趋于增加，这意味着有限磁矩的一定偏好。计算出的交换能一般是微小的，但并不是完全无关紧要的两个研究的缺陷系统，即一个与O杂质的N和其他与B空位。
2007-03-14 cond-mat.mtrl-sci
The effect of electron-phonon interaction on the thermoelectric properties of defect zigzag nanoribbons
研究了具有周期性边缘空位和反点晶格的石墨烯纳米带的热电性能。在Hubbard-Holstein模型的框架下，采用Lang-Firsov幺正变换，考虑了电子-声子相互作用.计算了电子传输函数、热电势和热电优值。我们发现，电子-声子相互作用导致热电优值的峰值降低，峰位置向带隙中心移动。对于出现在具有周期性反点的结构中的次峰，该效应更为显著。
2016-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly Itinerant Atomic Vacancies in Phosphorene
利用详细的第一性原理计算，我们研究了磷烯中空位的跳跃率，磷烯是一种除了石墨烯之外的新兴二维材料。我们的工作预测，这些单空位（MV），表现出高度流动性和各向异性运动的直接观察，只有在约70 K或更低的温度下，热活动被大大抑制是可能的。在室温下，由于0.3eV的低扩散势垒，MV的运动比石墨烯中的运动快16个数量级。与空位相关的内建应变沿Z字形方向延伸很远，而沿扶手椅方向迅速衰减。我们揭示了磷烯中双空位（DV）通过多重解离-复合过程运动的新特征，这是由于DV分裂成两个MV的能量消耗很小，约为1.05 eV。此外，我们还发现，沿Z字形方向的单轴拉伸应变可以促进运动涡的运动，而沿扶手椅方向的拉伸应变则相反。这些巡回功能的空缺，植根于独特的puckering结构，促进债券重组，使磷烯是一个光明的新的机会，以扩大知识的演变的空缺，和一个适当的控制异常活跃和各向异性运动的空缺应是基于磷烯的应用程序的关键。
2016-07-27 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
Native defects in hybrid C/BN nanostructures
采用第一性原理计算对具有半金属性质的边缘混杂C/BN纳米片和纳米管进行了替代性缺陷和空位的计算。形成能表明，缺陷形成优先在石墨烯和BN域之间的界面，而不是在这些域的中间，和取代缺陷占主导地位的空位。化学控制可用于促进缺陷在C-B界面（富氮环境）或C-N界面（贫氮环境）处的定位。虽然这里已经考虑了大的缺陷浓度（106 cm-1），但是当缺陷局限于C-B界面处时以及对于局限于C-N界面处的带负电荷的缺陷，半金属性质可以存在，因此，如果在合成期间方便地设计这些点缺陷，则理论上针对这些带负电荷的纳米界面预测的有希望的磁性可能不会被点缺陷破坏。
2011-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly anisotropic magnetic states of Co dimers bound to graphene-vacancies
采用相对论密度泛函方法研究了钴原子和二聚体在石墨烯单空位上的吸附行为和磁性状态。据发现，在这两种情况下，形成局部磁矩，尽管强的化学结合。特别感兴趣的是具有两个钴原子附接到石墨烯片的同一侧的动力学稳定的异构体。在这种几何结构中，具有约50 meV的各向异性势垒的磁双稳态是可能的。讨论了其制备的可行性。
2012-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Catalytic Properties of Monolayer MoS2 through doping and sulfur vacancies
车辆中的燃料电池是一氧化碳排放的主要原因。一氧化碳是大气中最危险的气体之一，因为它与血细胞中的血红蛋白结合比O2容易200倍。随着血流中CO含量的增加，氧气水平下降，这可能导致许多神经系统问题。为了减少大气中的CO含量，科学家们把重点放在了氧气的吸附上。目前使用的最好的基底是铂和钯单层，它们非常昂贵。正因为如此，研究人员一直在寻找廉价的材料，如二硫化钼，能够吸附氧气。然而，硫是氧的化学惰性位点，这大大降低了单层MoS 2片的催化潜力。因此，我们进行了第一性原理计算，研究替代掺杂和硫空位对MoS 2催化性能的影响。我们计算了O在掺杂MoS 2片上的吸附能，并将其与O在Pd单层上的吸附能进行了比较。我们发现用Ir、Rh、Co和Fe掺杂MoS 2显著降低吸附能至低于-4eV，表明掺杂的MoS 2是比Pd更有效的催化剂。将硫空位引入掺杂的MoS 2片中是非常有效的，并且将吸附能降低到-6eV以下。我们的研究结果表明，铱是最好的催化剂，因为它具有最低的吸附能之前和之后的硫空位诱导。我们得出结论，在单层MoS 2片中掺杂和产生空位的组合可以极大地影响催化行为，并使其成为比Pt和Pd更有效、更便宜的催化剂。
2019-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Controlled Smooth Edge Formation of Graphene Nanoribbons
我们使用第一性原理计算报告了估计解离石墨烯片的C-C键以形成扶手椅和锯齿形配置的纳米带的能量。对于基态能量的计算，考虑的配置有自旋，和没有自旋极化。观察到，对于自旋极化状态以及非自旋极化状态，解离石墨烯片的C-C键以形成锯齿形构型所需的能量高于扶手椅构型所需的能量。因此，可以通过控制能量来设计沿着结晶方向的光滑边缘的石墨烯纳米带的形成。
2014-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic and magnetic properties of vacancies in single-walled carbon nanotubes
采用自旋密度泛函方法研究了单壁碳纳米管中单空位和双空位的稳定性和性质。我们研究了四个纳米管中的这些缺陷，扶手椅（6，6）和（8，8）以及锯齿形（10，0）和（14，0），它们的直径分别约为8和11 μ m。我们还研究了不同的缺陷浓度沿管轴增加超晶胞在这个方向上，以便有一个缺陷，每13和26纳米管长度。我们的研究结果表明，在平衡几何与单空位碳纳米管表现出铁磁性的磁矩范围从0.3到0.8 $μ_{\rm B}$。另一方面，具有双空位的碳纳米管由于缺陷周围的完全重构而不表现出磁性，其中所有C原子是三配位的。我们观察到，单空位的存在下并没有显着改变CNT的电子性质，保持其相应的金属或半导体字符。然而，对于双空位，扶手椅型和锯齿型CNT都成为呈现约0.15 eV的能隙的半导体。
2005-10-21 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
The formation of boron sheet at the Ag(111) surface: From clusters, ribbons, to monolayers
理论研究表明，硼（B）片具有多种空位，包括在金属表面可能的生长。然而，最近的实验（Science 350，1513，2015）报道了在Ag（111）表面上形成的片是没有空位的屈曲三角形晶格。我们的计算结合高密度筛选和第一性原理方法证明了一种新的生长机制的硼片从团簇，带，单层，其中B-Ag相互作用是占主导地位的硼纳米结构的成核。我们已经发现，模拟的STM图像的1/6空位在一个条纹图案的片材是更好地符合实验观察，这是积极有利于在成核和生长。
2016-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional semiconducting nanostructures based on single graphene sheets with lines of adsorbed hydrogen atoms
结果表明，吸附的氢对原子线将石墨烯片分割成条带，形成氢基超晶格结构（2 HG-SL）。我们发现2 HG-SL的形成极大地改变了石墨烯的电子性质，从半金属到半导体。“锯齿形”（n，0）2 HG-SL的电子光谱与（n，0）碳纳米管的电子光谱相似，具有与n相似的带隙振荡，但具有非零的极小值。分析了复合双周期（n，0）+（m，0）2 HG-SL的“Z”形条带，认为它们可以作为准二维异质结来处理。我们还提出了一种制备氢超晶格的实验方法。
2007-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Excitonic effects in the optical properties of SiC sheet and nanotubes
采用从头算多体方法，分别采用GW方法和GW +BSE方法，研究了锯齿形和扶手椅形单壁SiC纳米管（SiC-NTs）以及SiC单晶片的准粒子能带结构和光学性质.通过局域密度近似（LDA）计算，发现GW准粒子对Kohn-Sham带隙的修正大于1.0eV，GW自能修正使SiC片从间接LDA带隙转变为直接带隙。此外，具有不同手性的SiC-NTs的准粒子带隙作为管径的函数表现得非常不同，这可以归因于不同手性纳米管之间的曲率诱导轨道再杂化的差异。计算的光学吸收光谱主要由离散激子峰，由于激子状态与大的结合能高达2.0 eV的SiC片和SiC-NTs。强束缚激子的形成归因于这些低维系统中增强的电子-空穴相互作用。值得注意的是，激子波函数的激发电子振幅被发现在Z字形SiC-NT中的空穴位置（其在C位点上）附近的Si原子上达到峰值，表明通过光激发从阴离子（空穴）到其邻近阳离子的电荷转移。相反，这种明显的峰结构消失在扶手椅型SiC-NTs的激子波函数。此外，在扶手椅型SiC-NTs中，束缚激子波函数更局域化，并且也具有强的圆柱非对称性。
2011-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interlayer coupling enhancement in graphene/hexagonal boron nitride heterostructures by intercalated defects and vacancies
在二维原子晶体中，六方氮化硼（hBN）是制备异质结构的最引人注目的材料之一，具有独特的性质。我们进行第一性原理计算，以确定插入的金属原子和空位是否可以介导界面耦合和影响石墨烯/hBN异质结构的结构和电子性质。金属杂质原子（Li、K、Cr、Mn、Co和Cu）作为石墨烯和hBN片之间的非本征缺陷产生掺杂$n$的石墨烯。我们还考虑了本征空位缺陷，并发现hBN中的硼单空位作为石墨烯的磁性掺杂剂，而hBN中的氮单空位作为石墨烯的磁性掺杂剂。相比之下，hBN中最小的三角形空位缺陷不太可能导致石墨烯的电子输运发生显著变化。我们的研究结果表明，hBN层与一些空位或金属杂质增强层间耦合的石墨烯/hBN异质结构相对于电荷掺杂和电子散射。
2014-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of the influence of adsorbed atoms on vacancy-induced magnetic moments in graphene sheets
我们提出了单原子空位在石墨烯的从头计算。与先前的工作一致，我们发现空位是最近实验观察到的磁性的原因，它产生了一个具有净自旋的中心。对于小的超晶胞，相对于完美的石墨烯结构，在超晶胞中存在强对称性破缺，并且这种对称性破缺对于较大的超晶胞要小得多。研究了H、O和N原子的吸附对裸单原子空位自旋中心的影响及其对样品感生磁性的影响。在这个系统中发现了丰富多样的机制产生的磁性。
2006-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Role of vacancies in the magnetic and electronic properties of SiC nanoribbons: an ab initio study
采用基于密度泛函理论的从头计算方法，研究了空位对锯齿形SiC纳米带（Z-SiCNR）的电磁性质的影响.观察到单空位（V_C和V_Si）和双空位（V_SiV_Si和V_SiV_C）在Z-SiCNR中诱导磁性。单一V_Si的存在并不影响Z-SiCNR的半金属行为，但由于边缘Si p轨道和空位周围的原子，单一V_C导致Z-SiCNR从半金属行为转变为金属行为。研究了空位与杂质原子（B和N）的相互作用，发现V_SiN_C不仅抑制了V_SiV_C的振荡型磁性，而且保留了原始Z-SiCNRs的半金属性质。空位的缺陷形成能可以通过替代B和N原子而降低。我们认为，铁磁性是预期的，如果Z-SiCNR生长在合适的条件下。
2013-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Point Defects in Two-Dimensional RuCl3
本文通过第一性原理计算研究了单层α-RuCl3中的点缺陷，发现Cl空位、Ru空位和氧替位缺陷最稳定，并揭示了它们对磁构型的选择性影响及光学识别特征。
2023-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A New Paradigm to Half-Metallicity in Graphene Nanoribbons
与锯齿形石墨烯纳米带中公认的横向电场诱导的半金属性相反，在这里，我们通过第一性原理计算证明了夹在六方氮化硼纳米带或片之间的锯齿形石墨烯纳米带可以简单地通过偏置电压或适度的压缩应变调谐成半金属。半金属度是由于自发极化和非对称交换关联沿带宽的耦合效应增强。这些发现应该为石墨烯基器件的有效自旋分辨能带工程开辟一条可行的路线，这些器件与当前半导体工业技术兼容。
2013-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphane Nanoribbons: A Theoretical Study
在这项研究中，我们调查的电子和磁性的石墨烷纳米带。我们发现，锯齿形和扶手椅型石墨烷纳米带与H-钝化的边缘是半导体。虽然裸露的扶手椅带也是非对称的，但裸露的锯齿形带的相邻悬挂键在同一边缘具有反铁磁有序。H-钝化锯齿形和扶手椅型纳米带的带隙指数依赖于它们的宽度。详细分析了C、O、Si、Pt、Ti、V和Fe原子在石墨烯带表面上的吸附，揭示了通过这些吸附原子使石墨烯带功能化是可能的。发现C、O、V和Pt原子有取代石墨烷中H原子的趋势。我们发现，显着的自旋极化在石墨烷可以通过创建域的H-空位和CH-双空位。
2010-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Two-dimensional Dirac signature of germanene
用扫描隧道显微镜和光谱研究了锗烯包覆Ge $_2$ Pt团簇的结构和电子性质。锗烯片的内部表现出屈曲的蜂窝结构，晶格常数为4.3 Ω，屈曲为0.2 Ω。锗烯的锯齿形边缘被重建并显示4 $\times$周期性。锗烯片内部的微分电导率具有V形，这让人想起二维狄拉克系统的态密度。微分电导率的最小值位于费米能级附近，并且具有非零值，这归因于下面的Ge $_2$ Pt衬底的金属特性。在重建的锗烷锯齿形边缘附近，微分电导率的形状从V形变为更类似抛物线的形状，这表明重建的锗烷锯齿形边缘不表现出明显的金属边缘状态。
2017-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Dependence of atomic arrangement on length of flat bands in zigzag BC2N nanoribbons
我们采用紧束缚模型对锯齿形边缘的BC2N纳米带的电子性质进行了理论研究。结果表明，当原子沿Z字形排列时，Z字形BC_2N纳米带具有平坦的能带和边缘态。波矢空间中的平带长度取决于原子排列。这一性质可以用BC_2N片的线性色散偏离蜂窝晶格的K点来解释。边缘态的电荷分布依赖于原子的排列。我们还表明，锯齿形BC2N纳米带的边缘状态的电荷分布，其中最外层的网站被B和N原子占据是不同于那些在传统的石墨烯锯齿形边缘。这种电荷分布导致不同的磁结构。在平均场近似下，利用哈伯德模型研究了锯齿形边缘的BC2N纳米带的磁性结构。在Z字形边缘，最外面的位置被B和N原子占据，铁磁结构出现时，网站能量大于现场库仑相互作用。
2012-11-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Probing the Relationship between Defects and Enhanced Mobility in MoS2 Monolayers Grown by Mo Foil
本研究通过CVD法在钼箔上生长单层MoS2，发现硫空位增加导带态密度并诱导n型掺杂，从而提升场效应迁移率至超过100 cm2V-1s-1。
2024-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon transport in single-layer Boron nanoribbons
受几种同素异形体成功合成的启发，硼片已成为各个领域的热点研究领域之一。本文利用非平衡格林函数结合第一性原理方法研究了三种锯齿形和扶手椅形边界的硼纳米带中的声子输运。在纳米带中发现了不同的输运性质。在室温下，它们的最高热导率可以与石墨烯相媲美，而最低热导率不到石墨烯的一半。三种硼片表现出不同的各向异性输运特性。其中两个片具有更强的声子输运能力沿锯齿形边缘比扶手椅边缘，而在第三个的情况下，结果是相反的。通过对声子色散、成键电荷密度和原子链简化模型的分析，讨论了不同声子性质的机制。由于所有的硼同素异形体都是由六边形和三角形环组成，因此可以在没有掺杂、吸附和缺陷的情况下自然地构造许多混合图案。我们的研究结果是有用的材料和器件设计使用硼片的热管理。
2016-05-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Inducing and Optimizing Magnetism in Graphene Nanomesh
利用第一性原理计算，我们探讨了石墨烯纳米网（GNM）的电子和磁性，一个规则的网络的大空位，无论是光刻或纳米压印。当去除石墨烯二分晶格的相等数量的A和B位点时，主要由Z字形（扶手椅）型边缘制成的纳米网表现出反铁磁（自旋非极化）状态。而在亚晶格对称性破缺的情况下，则得到稳定的铁磁态。对于氢钝化的纳米网，形成能显著降低，并且发现基态强烈依赖于空位的形状和大小。对于三角形孔，所得到的净磁矩随去除的A和B位置的数目之差而增加，这与Lieb定理（对于偶数A+B）一致。对于奇数A+B三角形网格和所有非三角形纳米网格的情况，包括偶数A+B的情况，Lieb定理不再成立，这可以部分归因于扶手椅边缘的引入。此外，大的三角形形状的GNM可以像非三角形GNM一样鲁棒，为克服自旋磁性的关键挑战之一提供了可能的解决方案。最后，显着的交换分裂值高达$\sim 0.5$ eV的高度不对称的结构，证明了潜在的GNM室温碳基自旋电子学可以得到。这些结果表明，从0维石墨烯纳米片到具有Z字形边缘的整个1维石墨烯纳米带到GNM的转变破坏了未成对电子的局部化，并提供了与基于Lieb定理的规则的偏离。这种电子的离域导致系统的基态从针对石墨烯纳米带讨论的反铁磁窄隙绝缘体切换到铁磁或铁磁金属。
2011-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structures and Optical Properties of Partially and Fully Fluorinated Graphene
在这封信中，我们研究了部分和完全氟化的石墨烯的电子结构和光学性质相结合的从头计算G0W0计算和大规模的多轨道紧束缚模拟。我们发现，对于部分氟化的石墨烯，成对的氟原子的出现比未成对的原子更有利。我们还发现，不同类型的结构无序，如碳空位，氟空位，氟空位团簇和氟扶手椅和扶手椅团簇，将引入不同类型的带隙中间态和额外的激发内的光学间隙。此外，我们认为，本地形成的$sp^3$债券后，可以区别于其他的无序诱导机制，不破坏$sp^2$混合轨道通过测量的偏振旋转的偏振光。
2015-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Anomalous strain effect on the thermal conductivity of borophene: a reactive molecular dynamics study
硼氢化钠，一个原子级薄，波纹状，晶体二维硼片，最近已经合成。我们通过反应分子动力学模拟研究了硼氢化物的力学性质和晶格热导率。我们在室温下沿面内方向进行了单轴拉伸应变模拟，发现沿锯齿形和扶手椅方向的二维弹性模量分别为188 N/m和403 N/m。这种各向异性是由于硼化物结构沿Z字形方向的屈曲引起的。我们还进行了非平衡分子动力学计算晶格热导率。我们预测室温晶格热导率$75.9 \pm 5.0$ W/m-K和$147 \pm 7.3$ W/m-K，分别，并估计有效声子平均自由程$16.7 \pm 1.7$ nm和$21.4 \pm 1.0$ nm的锯齿形和扶手椅方向。各向异性是由于低频声子的态密度的差异，具有较低的群速度，并可能缩短声子寿命沿Z字形方向。我们还观察到，当硼沿扶手椅方向应变时，沿该方向的热导率显著增加。同时，当样品沿Z字形方向应变时，沿该方向热导率的增加要小得多。对于沿扶手椅方向的8%的应变，热导率增加3.5倍（~ 250%），而对于沿Z字形方向的相同量的应变，热导率仅增加1.2倍（~ 20%）。我们的预测与最近的第一原理结果一致，在一小部分的计算成本。模拟应作为硼化物和相关二维材料的机械和热性能实验的指导。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and piezoelectric properties of BN nanotubes from hybrid density functional method
采用杂化密度泛函（B3 LYP）方法研究了氮化硼（BN）纳米管的电子和压电性质。我们首先研究了体相h-BN和BN片，发现B3 LYP的能带结构和能隙与GW的结果一致。B3 LYP带隙比LDA带隙大约1.8 eV的锯齿形和扶手椅形纳米管具有不同的半径。我们给出了另一种解释，在4.45 eV的光吸收线可能是由于小锯齿形BN纳米管中的电子跃迁。锯齿形BN纳米管的B3 LYP方法的压电常数基本上大于PVDF聚合物家族中的压电常数，这表明BN纳米管作为各种纳米机电应用的候选物。
2005-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical studies of spin-dependent electronic transport in ferromagnetically contacted graphene flakes
基于紧束缚模型和递归格林函数技术，研究了微小石墨烯片（片）中自旋相关的弹道输运。主要的兴趣集中在：电导率，巨磁电阻（GMR）和散粒噪声。结果表明，当石墨烯片夹在两个铁磁电极之间时，所得的GMR系数可能是相当显着的。这种说法适用于锯齿形和扶手椅手性，以及不同的纵横比（宽度/长度）。值得注意的是，在绝对值上，扶手椅边缘石墨烯薄片的GMR系统地大于对应于扶手椅边缘石墨烯薄片的GMR。这一发现是由于不同程度的导电通道混合的两个手性的问题。它还表明，对于大的纵横比薄片，三维端部接触的引线，非常像侵入性接触，导致电导率和Fano因子的非通用行为。
2009-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Magnetism in Nanosheets of SnO$_{2}$: A First-principles Study
基于第一性原理计算，我们提出了SnO纳米片$_{2}$的内禀磁性。电子结构和自旋密度表明，Sn空位周围氧原子的$p$轨道具有非巡游性质，产生局域磁性.观察到纳米片中Sn空位的缺陷形成能的巨大降低。因此，我们相信，本征缺陷可以在没有任何化学掺杂的情况下稳定。还研究了不同厚度的纳米片，发现在片的表面更容易产生磁性空位。因此，SnO $_{2}$纳米片可以在自旋电子学领域开辟新的机会。
2012-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Vacancies in graphene: an application of adiabatic quantum optimization
量子退火机的复杂性已经增长到涉及几千个量子比特的量子计算现在是可能的。本文采用\textcolor{black}{with the intentions to show the feasibility of quantum annealing to tackle problems of physical relevance, we used a simple model, compatible with the capability of current quantum annealers, to study}研究了石墨烯空位缺陷的相对稳定性。通过将控制碳空位交换的关键相互作用映射到二次无约束二元优化问题上，我们的方法利用量子退火机\textcolor{black}{the ground state as well the excited states found by}来提取石墨烯片上多个缺陷的所有可能排列及其相对形成能。这种方法再现了已知的结果，并提供了一个垫脚石量子退火的物理化学感兴趣的问题的应用。
2020-10-12 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Large scale calculations of thermoelectric transport coefficients: a case study of γ-graphyne with point defects
缺陷如空位和杂质会对热电材料的输运性质产生深远的影响。然而，它通常是相当困难的直接计算的热电性能的缺陷包含系统通过第一性原理方法，因为需要非常大的超级电池。本文基于线性响应理论和核多项式方法，提出了一种计算任意化学势和温度下含有数百万个原子的大系统热电输运系数的有效方法。作为原型例子，我们考虑了大尺度γ-石墨片中的稀空位和氢杂质，并讨论了它们对热电输运性质的影响。
2017-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Coupling of excitons and defect states in boron-nitride nanostructures
用多体微扰理论研究了六方氮化硼（BN）的缺陷光谱特征。单个BN片用作不同层状BN纳米结构和晶体的模型。在片中，我们嵌入典型的缺陷，如替代杂质，孤立的硼和氮空位，和双空位。深缺陷能级和扩展态之间的过渡产生的特征激发带，应负责发光实验中观察到的约4 eV的发射带。此外，缺陷束缚激子的发生，始终在我们的从头算方法处理的“自由”激子。对于高浓度的缺陷，束缚激子和自由激子的共存在主激子峰上增加了子结构，并解释了阴极和光致发光谱中相应的特征。
2011-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning Phononic and Electronic Contributions of Thermoelectric in defected S-Shape Graphene Nanoribbons
热电作为一种利用废热的方式，在电子工业中是必不可少的，但其在工作温度下的低性能使其在实际应用中不合适。定制石墨烯可以改变其特性。在本论文中，我们主要研究了单空位和双空位模型下S型石墨烯结构的输运性质。该结构由一个手性部分，这是一个扶手椅型石墨烯纳米载体，和两个锯齿形石墨烯带组成。我们调查的品质因数的变化，通过塞贝克系数，电子电导，电子和声子电导的空缺，在不同的设备尺寸。利用非平衡格林函数方法研究了体系的输运性质，从而从紧束缚（力常数）模型得到了相应的哈密顿量（动力学矩阵）。所有长度的DV均获得最大品质因数（ZT）。这种系统的物理性质可以通过控制各种参数来调整，例如缺陷的位置和类型以及器件尺寸。研究结果表明，延长结构可以降低声子贡献，单空位比双空位更能区分电子热导行为和电子电导行为。也就是说，空位工程可以显著提高热电性能。在大型器件中，SV可以将ZT提高到2.5倍。
2022-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Contrasting interedge superexchange interactions of graphene nanoribbons embedded in h-BN and graphane
基于第一性原理密度泛函理论计算，比较研究了六方氮化硼（BN）片和氢化石墨烯（graphane）中的锯齿形超窄石墨烯纳米带（ZGNRs）的电子结构与宽度N（ZGNRs中锯齿形碳链的数目）的关系.我们发现ZGNRs/BN除了在N = 5和6处具有弱稳定的半金属态外，其余都具有弱的基态，而N >= 2的ZGNRs/graphane在每个边缘上的铁磁有序边缘态之间表现出强的反铁磁耦合.结果表明，两类ZGNRs的不同磁特性归因于不同界面结构引起的对比鲜明的边缘间超交换相互作用：即，ZGNRs/BN的非对称界面结构在两个不等价的边缘态之间提供了相对短距离和弱的超交换相互作用，而ZGNRs/石墨烷的对称界面结构提供了长距离、强的边缘间超交换相互作用。
2015-04-09 cond-mat.mes-hall 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
Energy Gaps and Stark Effect in Boron Nitride Nanoribbons
采用第一性原理研究了宽度为10 nm左右的扶手椅型和锯齿型氮化硼纳米带的电子性质。扶手椅BNNRs的带隙表现出家庭依赖的振荡的宽度增加，并为带状宽于3 nm，收敛到一个恒定的值，这是0.02 eV小于批量带隙的氮化硼片由于存在非常弱的边缘状态。锯齿形BNNRs的带隙单调下降，收敛到一个间隙，这是0.7 eV小于散装间隙由于强边缘状态的存在。当外加横向电场时，扶手椅型BNNRs的带隙随电场强度单调减小。然而，对于锯齿形BNNRs，带隙和载流子有效质量根据场的方向和强度而增加或减少。
2008-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of graphene nanoribbons under gate electric fields
采用密度泛函理论，考虑栅电极电场的影响，计算了石墨烯纳米带（GNR）中的量子点态.场平行于GNR平面，并且由放置在带顶上的不均匀电荷片产生。改变电场可以观察到GNR态的发展和带隙中局部量子点状态的形成。计算已进行扶手椅GNR和扶手椅带锯齿形截面。对于扶手椅GNR，静态介电常数ε约为。四是可以确定。
2012-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of electronic polarization of III-V nanotubes
采用第一性原理研究了BN和AlN纳米管及其石墨片在外加电场作用下的电子极化。我们发现锯齿形纳米管的原子极化率随直径的减小而增大，而扶手椅形纳米管的原子极化率随直径的减小而减小。极化的变化与B或Al原子周围的键的外角有关，而与N原子周围的键的外角无关。锯齿形纳米管的极化随着直径的减小而增加，这是由于当它们被缠绕成管状时，外角的大变化引起的。另一方面，键长的减小导致薄扶手椅型纳米管的弱极化。
2008-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of spin-polarization in graphene nanoribbon by edge defect and impurity
我们研究了边缘缺陷（空位）和杂质（替代掺杂剂）对锯齿形边缘石墨烯纳米带（GNRs）中自旋极化鲁棒性的影响，采用密度泛函理论计算。我们发现自旋态的稳定性和它的磁矩随缺陷或杂质浓度的增加而不断降低。该系统通常在每10埃一个边缘缺陷（杂质）的浓度下变成非磁性的。自旋抑制被证明是由减少和删除的费米能量的边缘状态。我们的分析意味着一个重要的标准GNR样品的自旋电子学应用。
2008-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Temperature Dependent Mechanical and Structural Properties of Uniaxially Strained Planar Graphene
University of Cape Town（开普敦大学）；University of Patras（帕特雷大学）；Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）
通过分子动力学模拟研究平面石墨烯在单轴拉伸下的温度依赖性，发现断裂应力、应变及杨氏模量随温度线性下降，并首次给出键长键角分布随温度与应变的变化及解析表达式。
2025-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nlin.CD
Charge fractionalization in biased bilayer graphene
我们研究了双层石墨烯中与其零模密切相关的电荷分馏。在无偏的情况下，谷零模式成对出现，使其不适合电荷细分。一个偏置的玻色子场的作用与非平凡的拓扑结构，允许在更高的粒子动量的狄拉克动力学的探索。它还诱导了奇数个零模，这与正负能态之间的共轭对称性一起，是电荷分馏的必要条件。一个自共轭，本地化零模式构造的半无限石墨烯片锯齿形边缘，场景可以很容易地发生一个亚晶格分量（赝自旋）占主导地位。虽然另一个谷也具有类似的零模式，但可以调用层不对称性来提升这种简并性，从而允许检测每个谷的可区分的电荷-1/2边缘状态。
2010-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
H_2 Dissociative Adsorption at the Armchair Edges of Graphite
我们调查和讨论氢在石墨片的边缘，特别是扶手椅边缘的行为。我们基于密度泛函理论的计算结果表明，与锯齿形边缘相反[cf.，E-J冲浪Sci.纳米技术2（2004）77]，无论取向如何，在扶手椅边缘都存在阻碍H_2解离的活化势垒。一旦它们被解离吸附在扶手椅边缘，我们发现，将H从扶手椅边缘的吸附位点解吸是非常困难的。此外，我们还发现，与我们先前的结论一致，日本物理学会72（2003）1867]，我们不太可能在普通石墨片之间找到完整的H_2。
2004-08-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Generating Nanoporous Graphene from Point and Stone-Wales Defects: A Study with Dimensionally Restricted Molecular Dynamics (DR-MD)
本研究采用定制化维度限制分子动力学（DR-MD），探究不同空位及Stone-Wales缺陷下石墨烯的孔洞形成，证实DR-MD模拟稳定缺陷结构更优，识别出稳定孔洞构型并阐明形成机制，为纳米多孔石墨烯的可控制备提供原子级见解。
2023-10-06 cond-mat.mtrl-sci
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
Nano-Engineering Defect Structures on Graphene
我们提出了一种新的方法，纳米工程石墨烯使用缺陷域。这些区域具有不同于通常的蜂窝晶格的环状结构，尽管每个碳原子仍然有三个最近的邻居。利用密度泛函理论（DFT）确定了一组稳定的畴结构，包括水泡、脊、带和亚晶。所有这些结构都是由碳组成的，最小的只有16个原子。气泡、隆起和变晶从薄片中升起，而带状物保持平坦。在空位附近，形成的反应势垒足够低，这样的缺陷可以通过热激活重组的聚结吸附原子合成。
2008-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Low energy graphene edge termination via small diameter nanotube formation
我们证明了自由石墨烯片边缘可以卷曲回自己，重建为纳米管。这导致比文献中迄今报道的任何其他非官能化边缘结构更低的形成能。我们确定的临界管的尺寸和形成障碍，并与密度泛函模拟的其他边缘终端，包括一个新的重建克莱因边缘。模拟的高分辨率电子显微镜图像显示了为什么这种卷边可能难以检测。卷起的锯齿形边缘用作金属导电通道，通过绝缘sp $^3$ -碳原子链与相邻的块状石墨烯分离，并将Van Hove奇点引入石墨烯态密度中。
2011-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Continuum Schroedinger operators for sharply terminated graphene-like structures
我们研究了半无限石墨烯片与真空界面的单电子模型，并沿锯齿形边缘终止。该模型是作用于$L^2(\mathbb{R}^2)$的薛定谔算子：$H^λ_{\rm edge}=-Δ+λ^2 V_\sharp$，具有由平移原子势阱的和给出的势$V_\sharp$，$V_0$，深度为$λ^2$，中心位于具有锯齿形边缘的离散蜂窝结构的顶点的子集上。我们给出了一个完整的分析，在强结合的制度（$λ$大）的$H^λ_{\rm edge}$的低位能谱。特别是，我们证明了缩放的预解收敛$H^λ_{\rm edge}$作用于$L^2(\mathbb{R}^2)$，（适当共轭）预解的一个有限的离散紧束缚哈密顿作用于$l^2(\mathbb{N}_0;\mathbb{C}^2)$。我们还证明了存在的{ \it边缘状态}：解决方案的本征值问题的$H^λ_{\rm edge}$是本地化的横向边缘和伪周期（传播或平面波）平行的边缘。这些边缘态来自紧束缚哈密顿量的本征态的“平带”。
2020-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math-ph
Transport, Aharonov-Bohm, and Topological Effects in Graphene Molecular Junctions and Graphene Nanorings
由二维碳原子的蜂窝晶格排列所带来的二维扩展石墨烯片中电子态的独特的超相对论性、无质量性质为石墨烯纳米结构中的基本物理现象的探索提供了入口。在这里，我们探讨了原子精确分段石墨烯纳米带（GNRs）和石墨烯环中出现的新的电子行为，使用紧束缚计算，非平衡格林函数输运理论，和一个新开发的狄拉克连续模型，吸收价电导能隙作为位置依赖的质量，包括在片段之间的接触拓扑在原产地质量障碍。通过运输调查在可变宽度分段GNRs扶手椅，锯齿形，和混合边缘终端，我们发现新的法布里-珀罗干涉图案的发展分段GNRs，从超相对论无质量制度的交叉，扩展石墨烯系统的特点，在狭窄的扶手椅GNRs大规模的相对论行为，和非相对论行为的出现在扶手椅终止GNRs。在Aharonov-Bohm体系中，在施加磁场的影响下，多边形石墨烯纳米环中的电子状态的评估，以及使用相对论量子场理论模型对其进行的分析，揭示了拓扑原点零能量孤子状态和电荷分裂的发展。这些结果提供了一个统一的框架，分析电子状态，相干传输现象，并解释即将进行的实验在分段石墨烯纳米带和多边形环。
2015-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci hep-ph
Stiffening graphene by controlled defect creation
石墨烯非凡的强度、刚度和轻质性使其在柔性电子产品和机械增强剂方面的应用产生了很大的期望。然而，晶格缺陷的存在下，不可避免地通过可扩展的路线获得的片材，可能会降低其机械性能。在这里，我们报告了一个系统的研究与控制缺陷密度的石墨烯的弹性模量和强度。与直觉相反，面内杨氏模量随着缺陷密度的增加而增加，几乎是空位含量约0.2%的初始值的两倍，使其成为有史以来报道的最硬的材料。对于较高的空位密度，弹性模量随缺陷夹杂而降低。杨氏模量的初始增加解释的弹性系数的依赖性与预测的2D膜的弯曲模式的动量。与此相反，根据标准断裂连续模型，断裂强度随缺陷密度而降低。这些在大气条件下测量的定量结构-性质关系具有基础和技术相关性，并为石墨烯力学代表颠覆性改进的应用提供指导。
2014-10-30 cond-mat.mtrl-sci
