Emergence of Type-I and Type-II Dirac line nodes in penta-octa-graphene
碳同素异形体是一类具有多种晶体结构和性质的材料，可以实现不同的拓扑相。利用第一性原理计算，我们预测了一种新的二维碳同素异形体，即五-八-石墨烯，它由五边形和八边形碳环组成。我们发现，五-八-石墨烯可以托管类型I和类型II狄拉克线节点（DLN）。导带和价带之间的带反转形成I型DLN，并且两个最高的价带形成II型DLN。我们发现，I型DLN是强大的双轴应变和II型DLN可以驱动到I型时，施加超过3 $\%$双轴拉伸应变。基于碳原子的$π$轨道，推导了一个晶格模型，以理解五-八-石墨烯中I型和II型DLN的共存机制.最后讨论了这种五-八-石墨烯在实验中的可能实现和表征。我们的发现为二维碳同素异形体中多种拓扑态共存的研究提供了新的思路。
2019-12-05 cond-mat.mtrl-sci
On the charge transfer between single-walled carbon nanotubes and graphene
了解单壁碳纳米管（SWNTs）和石墨烯之间的电子相互作用，以便在多功能混合器件中有效地使用它们是很重要的。在这里，我们沉积单壁碳纳米管束石墨烯覆盖的铜和SiO2基板通过化学气相沉积和研究它们之间的电荷转移拉曼光谱。我们的研究结果表明，在铜和SiO2衬底上，石墨烯给单壁碳纳米管的电子，导致p型掺杂的石墨烯和n型掺杂的单壁碳纳米管。
2014-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Valence Force Model for Phonons in Graphene and Carbon Nanotubes
许多计算需要一个简单的经典模型来描述sp^2键碳原子之间的相互作用，比如石墨烯或碳纳米管。在这里，我们提出了一个新的价力模型来描述这些相互作用。计算得到的石墨烯的声子谱和纳米管的呼吸模式能量与实验测量和从头计算结果吻合得很好。该模型不假设底层晶格，因此它也可以直接应用于扭曲的结构。讨论了该模型的特点和局限性。
2009-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry of the carbon nanotube modes and their origin from the phonon branches of graphene
阐述了一种新的群论方法，将碳纳米管的光谱与石墨烯单层的光谱联系起来。使用虚拟中间平面周期性结构来执行频谱重构。它的空间对称群的选定的不可约表示和所有的纳米管是同构的，因此跨越相关的激发。应用该方法研究了手性和非手性碳纳米管的带心声子模的起源。特定类型的纳米管的G-带的结构被确定。所得结果可用于拉曼光谱法测定碳纳米管的实验指标。
2012-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Few Graphene layer/Carbon-Nanotube composite Grown at CMOS-compatible Temperature
我们研究了最近展示的复合材料的生长，该复合材料由垂直排列的碳纳米管和几个石墨烯层组成。我们发现，碳纳米管外延生长下的几个石墨烯层。通过使用与最初使用的催化剂和气态碳前体不同的催化剂和气态碳前体，我们确定这种非常规生长模式并不特定于催化剂-前体对的精确选择。此外，可以使用催化剂和与CMOS工艺兼容的温度（T < 450 \degree C）来生长复合物。
2011-01-25 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
Chemical vapor deposition of carbon nanotubes on monolayer graphene substrates: reduced etching via suppressed catalytic hydrogenation using C2H4
在大多数设想的应用中，充分利用石墨烯-碳纳米管（CNT）结构需要在CNT生长步骤期间保持石墨烯层的完整性。在这项工作中，我们展示了一种控制CNT在石墨烯衬底上生长的方法，其中源烃分解和碳饱和到催化剂纳米颗粒中并从催化剂纳米颗粒沉淀之间的反应平衡向CNT生长而不是石墨烯消耗转移。通过利用C2 H4原料，我们证明了这种气体允许的低温生长抑制了不期望的催化氢化，并显著减少了石墨烯层的蚀刻，以显示具有连续的、未损坏的结构的石墨烯-CNT混合物。
2013-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Encapsulation of the Graphene Nanoribbon Precursor 1,2,4-trichlorobenzene in Boron Nitride Nanotubes at Room Temperature
通过液相包覆和随后的1，2，4-三氯苯退火在氮化硼纳米管内部制备石墨烯纳米带。产物用高分辨率透射电子显微镜成像，并通过光学吸收和拉曼光谱进行表征。用能量色散X射线光谱（EDS）和扫描透射电子显微镜（STEM）检测氮化硼纳米管内部的含碳材料。观察到的结构扭曲下的电子束和纳米带的特征出现在拉曼光谱。
2022-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Zener Tunneling in Semiconducting Nanotube and Graphene Nanoribbon p-n Junctions
提出了半导体碳纳米管和石墨烯纳米管pn结二极管的带间隧穿理论。特征长度和能量尺度，决定隧穿概率和电流进行评估。通过比较这些结构与传统的IV族和III-V族半导体中的齐纳隧穿过程，证明了对于相同的带隙，碳基一维结构具有更高的隧穿概率。一维碳结构的高隧穿电流幅度表明了高性能隧穿场效应晶体管的独特可行性。
2008-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Molecular encapsulation from the liquid phase and graphene nanoribbon growth in carbon nanotubes
从封装在碳纳米管中的有机小分子生长石墨烯纳米带可以产生具有均匀宽度和手性的产物。我们提出了一种方法的基础上封装的1，2，4-三氯苯从液相和随后的退火。该过程产生几十纳米长的石墨烯纳米带。通过拉曼光谱在宏观样品上和在纳米尺度上通过尖端增强拉曼散射和高分辨率透射电子显微镜图像证明了纳米带的存在。
2022-09-16 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles and Reactive Molecular Dynamics Study of the Elastic Properties of Pentahexoctite-based Nanotubes
本文结合 ReaxFF 分子动力学与 DFT 方法，系统研究了五-六-八元环碳纳米管的弹性质和断裂行为，揭示其在大拉伸应变下呈现无塑性阶段的脆性断裂特征，并分析了管径和温度的影响。
2023-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Carbon Nanotube/Organic Semiconductor Interfacial Area on the Performance of Organic Transistors
我们发现，并五苯晶体管的性能可以显着提高，通过最大限度地提高单壁碳纳米管（SWCNT）/并五苯的界面面积。通过将不同密度（0-30 μm）的短单壁碳纳米管锚定到Pd电极来改变界面面积。与具有零SWCNT的器件相比，对于低、中和高SWCNT密度，平均迁移率分别增加三倍、六倍和九倍。随着单壁碳纳米管密度的增加，电流通断比和导通电流分别增加了40倍和20倍。我们解释了使用降低的单壁碳纳米管/并五苯界面的势垒高度的改善的器件性能。
2012-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of graphene substrate on the spectroscopic properties of photovoltaic molecules: role of the in-plane and out-of-plane pi-bonds
采用密度泛函理论研究了偶极基团修饰并五苯（d-并五苯）吸附在石墨烯基底上的电子结构.考虑了三种参考构型，即无畸变的理想分子、包括分子内畸变的实际分子和吸附在石墨烯上的分子。计算表明，由于分子扭曲，以及在分子和衬底之间形成弱的$π$ -键，d-并五苯+石墨烯系统内的电荷重新分布明显。此外，通过-OH和=O对-H末端饱和度的化学修饰的效果被检查，以探索“能级工程”的可能性。在无规相近似下，计算了d-并五苯在理想构象和畸变构象以及吸附在石墨烯上的分子的介电函数虚部。结果表明，尽管分子畸变显著改变了孤立d-并五苯的吸收光谱，但吸附分子表现出的光谱与单个石墨烯的光谱非常相似。
2016-12-30 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
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
Aligned Graphene Nanoribbons and Crossbars from Unzipped Carbon Nanotubes
通过将对齐的单壁和少壁碳纳米管（CNT）阵列解压缩来制备对齐的石墨烯纳米管（GNR）阵列。通过聚合物保护的Ar等离子体蚀刻方法实现了纳米管解链，并且将所得纳米管阵列转移到任何衬底上。原子力显微镜（AFM）成像和拉曼映射在相同的碳纳米管之前和之后unzipping证实，约80%的碳纳米管打开，形成单层亚10纳米GNRs。由GNR制成的电气器件（在高温下在H2中退火后）在室温下显示出高达103的开/关电流（Ion/Ioff）比，表明窄GNR的半导体性质。通过将GNR阵列分别转移到GNR和CNT阵列上，制备了新型GNR-GNR和GNR-CNT交叉杆。有序石墨烯纳米结构的生产可以允许GNR大规模集成到纳米电子或光电子中。
2010-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Coherent Control of Photocurrents in Graphene and Carbon Nanotubes
利用低能电子态的长波长理论研究了石墨烯和碳纳米管的相干单光子（$2 ω$）和双光子（$ ω$）电子激发.对于石墨烯片，我们发现，这些激发的相干叠加产生的激发载流子的动量空间分布的极性不对称性的角度依赖性，这取决于入射场的相对偏振和相位。对于半导体纳米管，我们发现一个类似的效果，取决于半导体间隙的平方，我们计算其频率依赖性。我们发现，控制光电流方向的三阶非线性对半导体管是稳健的，而对导体管则在连续介质理论中消失。我们计算了高阶晶场对能带结构的影响对这些结果的修正，并简要讨论了该理论的一些应用。
1999-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Graphene-carbon nanotube composites
石墨烯-纳米管复合材料的形成解决了一些基本问题。首先，这两个合作伙伴是良好的电子供体和受体，这显着复杂的分子间相互作用，它们之间的基态能量项的双阱形状。第二个问题是有关奇电子字符的组件。类似于高芳烃和富勒烯，更大的C-C距离提供了纳米管和石墨烯中奇电子相互作用的相当大的削弱，这需要考虑奇电子的构型相互作用。为了避免严重的复杂性，自旋对称性破缺的方法使问题变得可行。此外，不受限制的对称性破缺Hartree-Fock方法具有独特的灵敏度，在揭示增强的化学活性的物种所造成的部分自由基的原子化学敏感性。沿着管和穿过它们的身体以及石墨烯片的化学敏感性曲线在适当的相关加成反应过程中形成了石墨烯-纳米管复合材料的计算合成的基础，并且使得可以选择复合材料的两个主要组，有条件地称为锤子和切割刀片结构。最终产品将取决于组合物的两种组分是可自由获得的还是其中一种是固定的。因此，在满足第一个要求的稀释溶液中，可以预期形成多加数切割刀片复合材料。同时，将碳纳米管或石墨烯片固定在基底上，可以形成锤状复合材料。一种特殊的“支架”复合材料被建议用于由一对纳米管固定的单个石墨烯片。
2009-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Well-defined sub-nanometer graphene ribbons synthesized inside carbon nanotubes
具有亚纳米宽度的石墨烯纳米带对于纳米级电子器件和器件是非常有趣的，因为它们将石墨烯的不寻常的传输特性与由于横向维度中的量子限制而导致的带隙的打开相结合。目前，强有力的研究努力被用于生长这样的纳米带。在这里，我们展示了6-和7-扶手椅型石墨烯纳米带的合成，宽度为0.61和0.74 nm，激子间隙为1.83和2.18 eV，通过单壁碳纳米管内的二茂铁分子的高温真空退火。通过原子分辨率电子显微镜证明了如此获得的石墨烯纳米带的封装，而它们的分配是由广泛的波长依赖性拉曼散射表征和量子化学计算的组合提供的。这些发现使一个简单的和可扩展的方法，导致良好定义的亚纳米石墨烯纳米带的控制生长和详细的分析。
2020-08-31 cond-mat.mtrl-sci
A Graphene-Carbon Nanotube Hybrid Material for Photovoltaic Applications
如果通过化学气相沉积生长的大面积石墨烯片的薄层电阻可以显著降低，则它们可以潜在地用作光致发光器件中的透明电极，而不损失任何透明度。在这里，我们报告了石墨烯导电碳纳米管（CCNT）混合材料的制造，其薄层电阻显著低于纯石墨烯，并且透明度有必要的小降低。石墨烯沉积在自组装的CCNT单层的顶部，其在石墨烯表面上产生平行的导电路径。该混合物从而避免了由于石墨烯片中的缺陷引起的电子散射，并且将薄层电阻降低了两倍。电阻可以通过化学掺杂混合物进一步降低。此外，化学掺杂的混合物比独立的化学掺杂的石墨烯片更稳定，因为CCNT网络增强了掺杂剂结合。为了理解结果，我们开发了一个2D电阻网络模型，其中我们将CCNT层耦合到石墨烯片，并证明该模型定量地解释了电阻降低。我们的研究结果表明，石墨烯-CCNT杂化系统具有用作具有高透明度和低薄层电阻的透明电极的高潜力。
2015-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Electromechanical Effects in Carbon Nanotubes
我们进行从头计算带电石墨烯和单壁碳纳米管（CNT）。获得了大量的机电行为：（1）纳米管和石墨烯都在电子注入时膨胀。(2)在空穴注入时，金属纳米管和石墨烯显示出非单调行为：在增加空穴密度时，晶格常数最初收缩，达到最小值，然后开始膨胀。在最小晶格常数的空穴密度为0.3 |e| /原子的石墨烯和0.1和0.3之间的|e| /原子的金属纳米管的研究。（3）小直径（d <~ 20 A）的半导体碳纳米管在空穴注入时总是膨胀的;（4）大直径（d >~ 20 A）的半导体碳纳米管表现出介于金属碳纳米管和大间隙碳纳米管之间的行为。(5)应变与额外的电荷显示出线性加幂律行为，具有石墨烯、金属和半导体CNT的特征指数。所有这些特征都可以在一个简单的紧束缚总能量模型中得到物理上的理解。
2002-11-18 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
Organometallic Complexes of Graphene and Carbon Nanotubes: Introducing New Perspectives in Atomtronics, Spintronics, High Mobility Graphene Electronics and Energy Conversion Catalysis
在这里，我们提出了一个概述最近的基础研究的性质之间的相互作用的单个金属原子和金属簇和共轭表面的石墨烯和碳纳米管，特别关注的电子结构和化学键在金属-石墨烯界面。我们讨论了石墨材料的有机金属配合物的相关性，这些相互作用和它们在原子电子学中的应用，如原子互连，高迁移率的有机金属晶体管器件，高频电子器件，有机金属催化（氢燃料产生的光催化水分解，燃料电池，氢化），自旋电子学，存储器设备和下一代能源设备的基本理解的发展。我们触及在金属上生长的CVD石墨烯，其表面的反应性，以及其作为不对称石墨烯功能化化学（双Janus圆盘）的模板的用途。我们强调了一些最新的进展，在理解金属和石墨烯表面之间的相互作用的性质，从金属覆盖层沉积在石墨烯和单壁碳纳米管薄膜的角度来看。最后，我们评论了该领域面临的主要挑战和技术应用的机遇。
2014-09-18 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
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
Beyond double-resonant Raman scattering: UV Raman spectroscopy on graphene, graphite and carbon nanotubes
我们提出了深紫外拉曼测量石墨，石墨烯和碳纳米管的分析。对于高于布里渊区$M$点（$\approx 4.7\,\text{eV}$）强光吸收峰的激发能，我们部分抑制了双共振散射过程，观察到了碳纳米材料的双声子态密度.所测量的峰被分配到从LO，TO和LA声子分支的贡献，支持声子色散的计算。此外，我们获得了石墨中红外活性$E_{1u}$模式。通过降低激发能，从而允许双共振散射过程中，我们证明了\textit{2D}模式在石墨与超短声子波矢的上升。
2015-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Phonon modes at finite temperature in graphene and single-walled carbon nanotubes
采用模式投影技术结合分子动力学模拟研究了石墨烯和单壁碳纳米管（SWCNT）中有限温度下的声子模.研究发现，在有限温度下，声子-声子散射使石墨烯弯曲模的二次声子谱重整化为线性。分析了这种重正化对电子-声子相互作用和声子热输运的可能影响。然而，对于单壁碳纳米管，由于其准一维结构，在单壁碳纳米管中弯曲模的双重简并性的保护下，弯曲模的声子谱的二次特性可以在有限的温度下存活。研究了不同温度下光学声子模的频率和寿命。特别地，石墨烯中面内光学声子和单壁碳纳米管中轴向光学声子的寿命可以用统一的公式$τ(T)=560/T$描述，这与实验结果一致.
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the mystery of nucleation and growth of carbon nanotube and layered graphene inside carbon arc-discharge
通过对石墨阳极在不同实验条件下的腐蚀观察，以及对腐蚀后阳极表面形貌、阴极沉积物及其成分的分析，建立了电弧放电法制备碳纳米管和层状石墨烯的模型。据预测，冷的热冲击，由阳极斑点的快速移动触发，导致在阳极表面上的一些选定的位置处的裂纹微分支。这些裂纹微分支分裂和片段的基底平面对相邻的微晶成弯曲的石墨纳米带与最小的两个基底平面。这些纳米带进一步与尘埃碳等离子体中存在的C2和C3前体发生化学反应，并在刚从阳极分离后以CNT或层状石墨烯的形式演变，这取决于它们所暴露的气体环境的粘度和组成。
2019-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Silk reinforced with graphene or carbon nanotubes spun by spiders
在这里，我们报告了在用相应的水性分散体喷涂蜘蛛之后，直接通过蜘蛛纺丝生产包含石墨烯和碳纳米管的丝。我们观察到一个显着的增量的机械性能相对于原始丝，断裂强度，杨氏模量和韧性模量。我们测量的断裂强度高达5.4 GPa，杨氏模量高达47.8 GPa，韧性模量高达2.1 GPa，或1567 J/g，据我们所知，这是迄今为止报道的最高值，即使与目前最坚韧的打结纤维相比。这种方法可以扩展到其他动物和植物，并可能导致一类新的仿生材料的最终应用。
2015-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Interaction of chlorine with Stone-Wales de- fects in graphene and carbon nanotubes, and thermodynamical prospects of chlorine-induced nanotube unzipping
我们研究了氯原子在Stone-Wales缺陷处与碳纳米管和石墨烯的结合以及与原始纳米管侧壁的结合。我们使用从头算热力学表明，如果环境中的氯是足够丰富的，碳纳米管解压缩成石墨烯纳米带氯化边缘可能是可行的。通过温度和压力控制Cl化学势，选择性地打开低于阈值直径的管是可能的。此外，我们发现与无缺陷的石墨烯和纳米管相比，与Stone-Wales缺陷结合的氯原子的结合能增加，这表明缺陷可能作为管解链的成核位点。在石墨烯上，在环境条件下，不超过一个Cl原子可以与缺陷结合，从而限制了所得纳米带中可能的Cl诱导的变化。
2013-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Analysis of Graphene-Based Nanoelectromechanical Switch
在这里，我们提出了基于石墨烯的纳米机电开关与垂直的碳纳米管电极通过经典的分子动力学模拟。碳纳米管生长在方孔的中心，石墨烯覆盖在方孔上。施加孔的底部与石墨烯之间的电势差以使石墨烯偏转。通过经典分子动力学模拟，研究了石墨烯基碳纳米管纳米机电开关的机电特性，该开关可以通过外力来实现开关.这项模拟工作明确表明，这种器件适用于纳米传感器和量子计算，以及超快速响应开关器件。
2016-07-14 cond-mat.mtrl-sci
A Computational Study On the Mechanical Properties of Pentahexoctite Single-layer: Combining DFT and Classical Molecular Dynamics Simulations
旨在设计新的碳的同素异形体形式的研究受到了广泛关注。最近，理论上提出了一种新的二维石墨烯类同素异形体，命名为Pentahexoctite。Pentahexoctite具有金属特征，其结构由具有sp2杂化的连续5-6-8个碳原子环组成。本文采用反应（ReaxFF）分子动力学（MD）和密度泛函理论（DFT）相结合的方法，对Pentahexoctite单分子层的弹性性质和断裂模式进行了全原子计算模拟.结果显示杨氏模量为0.74 TPa，小于石墨烯的杨氏模量（约1.0 TPa）。Pentahexoctite单层，当受到一个临界应变，直接从弹性到完全断裂的制度。这一过程发生在这两个制度之间没有塑性阶段。重要的是，石墨烯呈现出类似的断裂过程。用密度泛函理论和分子动力学方法计算的弹性性质符合得很好。关键词：反应分子动力学，密度泛函理论，力学性能，碳同素异形体，
2022-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Transforming carbon nanotubes by silylation: An ab initio study
我们使用从头算密度泛函方法研究了单壁碳纳米管和石墨烯单分子膜的硅基（SiH3）自由基和氢的化学功能化。我们发现，甲硅烷基自由基与石墨烯和纳米管壁形成强共价键，导致局部结构弛豫，增强这些石墨纳米结构的sp3特性。甲硅烷基化将所有碳纳米管转变为半导体，与它们的手性无关。计算的振动光谱表明，特定的频率偏移可以用作成功的硅烷化的签名。
2008-06-02 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
Si Substitution in Nanotubes and Graphene via Intermittent Vacancies
单壁碳纳米管（SWCNT）和石墨烯的性质可以通过共价键合杂质的存在来改变。虽然这可以通过在合成过程中引入化学添加剂来实现，但这通常会阻碍生长并导致有限的微晶尺寸和质量。在这里，通过同时形成的空缺与低能量氩等离子体和吸附原子扩散的激光照射的热激活，硅杂质被纳入到两种材料的晶格。在暴露$\sim$ 1离子/nm $^{2}$之后，我们发现石墨烯中的Si取代密度为0.15 nm $^{-2}$，纳米管中的Si取代密度为0.05 nm $^{-2}$，如通过原子分辨扫描透射电子显微镜所揭示的。在很好的协议与氩辐射效应的单壁碳纳米管的预测，我们发现Si纳入单和双空位，与$\sim$ 2/3是第一种类型。准一维和二维碳晶格中杂质的受控包含物可以证明对于诸如气体传感的应用是有用的，并且类似的方法也可以用于替代具有低于碳的迁移势垒的其他元素。
2019-02-07 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study on the electronic and transport properties of periodically nitrogen-doped graphene and carbon nanotube superlattices
基于最近关于$\sqrt{3} \times \sqrt{3}$石墨烯超晶格中存在谷间相互作用的报道，我们利用第一性原理计算研究了周期性氮掺杂石墨烯和碳纳米管纳米结构的电子性质.在这些结构中，氮原子以精确的周期性取代原始六方晶格中六分之一的碳原子，形成石墨烯和碳纳米管的完美$\sqrt{3} \times \sqrt{3}$超晶格。探索了$\sqrt{3} \times \sqrt{3}$石墨烯带和碳纳米管的多种纳米结构，并且所有配置都显示出金属和金属行为。利用非平衡格林函数方法结合密度泛函理论计算了$\sqrt{3} \times \sqrt{3}$石墨烯和碳纳米管超晶格的输运性质。在一定条件下，原始和$\sqrt{3} \times \sqrt{3}$扶手椅型碳纳米管异质结构的透射光谱表现出量子化行为。
2017-01-17 cond-mat.mes-hall 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
Raman characteristic peaks induced by the topological defects of Carbon Nanotube Intramolecular Junction
采用最新的Brenner反应经验键级（REBO）势计算了几种单壁碳纳米管（SWNT）分子内结（IMJ）的振动模式，并在此基础上采用经验键极化率模型计算了它们的非共振拉曼光谱.发现五边形缺陷引起的拉曼峰位于单壁碳纳米管的$G$带外，因此单壁碳纳米管界面的拉曼光谱的高频部分可以用来实验确定其详细的几何结构。此外，拉曼光谱的强度与单壁碳纳米管IMJ中的五边形缺陷的数量有密切的关系。根据笛卡尔-欧拉多面体公式（DEPF），还可以确定SWNT IMJ中七边形缺陷的数量。第一性原理计算也进行了验证REBO势得到的结果。SWNT IMJ的$G$带宽可以反映其在五边形和七边形环之间的过渡区的长度。
2007-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The structure of multi-wall carbon nanotubes: AA' stacked graphene helices
多壁碳纳米管的结构先前已归因于石墨烯平面的无序堆叠。
2012-12-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Twisting Graphene Nanoribbons into Carbon Nanotubes
虽然碳纳米管由蜂窝状碳组成，但它们从未直接由石墨烯制成。在这里，它是由量子分子动力学模拟和经典的连续弹性模型，石墨烯纳米带，确实可以通过扭曲转化为碳纳米管。由此制备的管的手性不仅可以预测，而且还可以外部控制。这种扭曲路线是纳米纤维的一个机会，并且很容易推广到由其他平面纳米材料制成的带状物。
2012-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dissipation in graphene and nanotube resonators
研究了石墨烯纳米谐振器中不同的阻尼机制：衬底中的电荷、衬底和石墨烯片中的欧姆损耗、表面键的断裂和愈合（维可牢效应）、两级系统、附着损耗和热弹性损耗。我们发现，对于现实的结构和相反的半导体谐振器，耗散是由石墨烯层和金属栅极的欧姆损耗为主。这项研究的延伸碳纳米管为基础的谐振器。
2007-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene edge from A to Z - and the origins of nanotube chirality
推导了任意石墨烯边的能量解析表达式。它包含一个“化学相移”，由边缘的化学条件决定。直接原子计算支持关系的普遍性质。对于石墨烯的形成，空隙或条带的形状，这对于在成核阶段通过化学手段选择和控制纳米管手性具有进一步的重要意义。
2010-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Elastic Properties of Carbon nanotubes : An atomistic approach
从能量上讲，单层石墨（石墨烯）比纳米管更稳定。两个系统之间的能量差可以直接与卷起石墨烯片以形成纳米管所涉及的应变能相关。我们已经进行了第一原理电子结构计算和评估的应变能作为纳米管半径的函数。应变能对纳米管直径的依赖性已经被几个小组发现可以用连续弹性模型很好地描述。我们试图研究为什么会出现这种情况，并表明原子论进入描述。
2007-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Transient Zitterbewegung of charge carriers in graphene and carbon nanotubes
计算了双层石墨烯、单层石墨烯和碳纳米管中载流子的振动效应。结果表明，当载流子以高斯波包的形式存在时，ZB具有瞬态特性，其衰减时间在石墨烯中为飞秒，在纳米管中为皮秒.双层石墨烯的分析结果使我们能够研究伴随着颤抖运动的现象。特别是，它示出了在石墨烯中的ZB的瞬态特性是由于这样的事实，即与正电子能量和负电子能量相关的波子包在相反的方向上移动，因此它们的重叠随着时间的推移而减小。这种行为类似于真空中代表相对论电子的波包。
2007-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene and Carbon Nanotube Hybrid Structure: A Review
据报道，石墨烯具有破纪录的特性，开辟了巨大的潜在应用。大量的研究致力于操纵或修改石墨烯的性质，以实现更智能的纳米器件。石墨烯-碳纳米管杂化结构是一种很有前途的石墨烯衍生物。GNHS基器件的合成工艺和力学性能是至关重要的。因此，本文将综述GNHS高度有序合成/组装的最新进展，并通过分子动力学模拟讨论GNHS在不同条件下的力学性能。
2018-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal Properties of Graphene, Carbon Nanotubes and Nanostructured Carbon Materials
近年来，材料的热性能引起了科学界和工程界的广泛关注。碳同素异形体和衍生物在其导热能力方面占据独特的位置。碳材料的室温热导率跨越了非常大的范围-超过五个数量级-从最低的无定形碳到最高的石墨烯和碳纳米管。我回顾了碳材料的热性能和热电性能，重点介绍了石墨烯、碳纳米管和具有不同无序度的纳米结构碳材料的最新研究结果。特别注意的是，在二维晶体中，特别是在石墨烯的热传导的不寻常的尺寸依赖。展望了石墨烯和碳材料在电子热管理领域的应用前景。
2011-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface States in Carbon Nanotube Junctions: Rolling up graphene
研究了碳纳米管分子内非手性管结中界面态的起源。通过将Born-von Karman边界条件应用于扶手椅和扶手椅终止的石墨烯层之间的界面，我们能够解释它们的数量和能量。我们发现，这些界面状态，costumarily归因于拓扑缺陷的存在下，实际上是与锯齿形边缘状态，如那些石墨烯锯齿形纳米带。空间本地化的界面状态被认为是变化很大，并可能延伸到任何一侧的交界处。我们的研究结果给出了一个不寻常的衰减长度测量半导体纳米管结的界面态的另一种解释，并可以进一步测试本地探针光谱。
2009-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energetics and stability of vacancies in carbon nanotubes
在这项工作中，我们提出了从头计算的形成能量和不同类型的多空位在碳纳米管的稳定性。我们证明，在石墨烯的情况下，重建的缺陷有显着的影响管的能量。特别地，五边形的形成消除了悬挂键，从而降低了形成能。这种竞争导致具有偶数个碳原子的空位被移除以更稳定。最后，幻数的出现表明更稳定的缺陷可以表示为一个模型的形成能量，这是基于未重构的系统，五边形和松弛后形成的缺陷的最终形式的悬空键的数量。
2010-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Double-resonant LA phonon scattering in defective graphene and carbon nanotubes
我们目前的测量$D''$拉曼模式在石墨烯和碳纳米管在不同的激光激发能。在1050 - 1150 cm $^{-1}$附近的喇曼模起源于纵向声学（LA）声子与缺陷的双共振散射过程。我们研究了它对激光激发能、石墨烯层数和碳纳米管直径的依赖性。我们分配这个拉曼模式，以所谓的“内”过程与共振声子主要从$Γ-K$高对称性方向。$D''$模式的不对称性可以通过$Γ-K$线附近声子的额外贡献来解释。我们的研究结果证明了双共振散射过程中内部贡献的重要性，并增加了一个快速的方法来研究声学声子在石墨烯和碳纳米管的光谱。
2014-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Conformal Graphene Growth on Oxide Nanotube scaffolds: Towards Superwettable Hierarchical 2D-3D Architectures
Universidad de Sevilla（塞维利亚大学）；GREMI, Groupe de Recherches sur l’Energétique des Milieux Ionisés (CNRS-Université d’Orléans)（离子介质能源研究组（法国国家科学研究中心-奥尔良大学））；Kiel University（基尔大学）；Westfälische Hochschule（西威斯特法伦应用科技大学）
本研究开发了一种低温可扩展的等离子体辅助方法，在氧化物纳米管支架上实现可调谐保形石墨烯生长，制备出的分级结构表面具有无氟长期全疏性，可应用于智能表面等领域。
2026-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Origin and Control of Polyacrylonitrile Alignments on Carbon Nanotube and Graphene Nanoribbon
虽然碳纳米管（CNT）的最有前途的应用之一是提高聚合物的取向和结晶，以实现先进的碳纤维，这一目标的成功实现受到阻碍的聚合物-CNT界面的原子理解不足。本文中，我们从理论上研究聚丙烯腈（PAN）-碳纳米管杂化结构作为聚合物-碳纳米管复合材料的代表性例子。基于密度泛函理论的计算，我们首先发现PAN腈基的极性相对于CNT表面的相对取向是决定PAN-CNT界面能的关键因素，并且PAN的平躺构型比它们的直立构型更优选. CNT曲率被确定为另一个重要因素，在零曲率石墨烯极限中给出最大的结合能。电荷转移分析解释了PAN在CNT表面线性排列的独特趋势和有序PAN-PAN组装的可能性。接下来，进行大规模的分子动力学模拟，我们表明，即使对于相对较大的初始取向差，也可以实现所需的线性PAN-CNT对齐，并进一步证明石墨烯纳米带是一种有前途的碳纳米增强候选物。本研究中所积累的微观理解将为下一代碳纳米纤维的开发提供设计指南。
2018-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Comparative Studies on Giant Magnetoresistance in Carbon Nanotubes and Graphene Nanoribbons with Ferromagnetic Contacts
这篇文章报道了碳纳米管（CNT）和石墨烯纳米带的巨磁电阻（GMR）的比较研究相似的纵横比（即周长/长度和宽度/长度比，分别为前者和后者）。这个问题是解决在零温度下的弹道输运制度，通过紧束缚模型内的格林函数技术和所谓的宽带近似的电极。石墨烯的巨磁电阻效应与碳纳米管的巨磁电阻效应相当，它强烈地依赖于手性，而仅轻微地依赖于纵横比。事实证明，石墨烯，类似于碳纳米管，可能是自旋电子应用的一种非常有趣的材料。
2008-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carbon nanoelectronics: unzipping tubes into graphene ribbons
我们报道了由部分解链的碳纳米管制成的新型碳纳米结构的输运性质，该碳纳米结构可以被视为管和纳米管的无缝连接。我们发现，石墨烯纳米带在一定的能量范围内作为一个完美的谷过滤器的碳纳米管，具有最大可能的电导。我们的研究结果表明，部分解压缩的碳纳米管是一个磁阻器件，具有非常大的磁阻值。我们探讨了几种结构相结合的纳米管和石墨烯纳米带的性能，证明它们表现为最佳的接触，为彼此的混合石墨烯/纳米管器件的设计开辟了一条新的途径。
2009-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal expansion in carbon nanotubes and graphene: nonequilibrium Green's function approach
采用非平衡格林函数方法研究了单壁碳纳米管和石墨烯的热膨胀系数。结果表明，在T=0 K时，原子偏离平衡位置约1%，这是量子零点运动和非线性相互作用相互作用的结果。从不同振动模式之间的竞争角度对不同尺寸单壁碳纳米管的热膨胀系数进行了研究和分析。由于这种竞争，轴向CTE在整个温度范围内是正的，而径向CTE在低温下是负的。在石墨烯中，CTE对衬底非常敏感。在没有基底的情况下，CTE在低温下具有大的负区域，在高温极限下具有非常小的值，并且在T=300 K下的CTE值是$-6\times 10^{-6}$ K $^{-1}$，其非常接近最近的实验结果，$-7\times 10^{-6}$ K $^{-1}$（Nat.Nanotechnol. \textbf{10}，1038（2009））。很弱的衬底相互作用（约为面内相互作用的0.06%）可以大大减小负CTE区域，并大大提高CTE值。当衬底相互作用足够强时，热膨胀系数在整个温度范围内均为正值，高温下的饱和值达到$2.0\times 10^{-5}$ K $^{-1}$。
2009-11-19 cond-mat.mtrl-sci
