Edge currents and nanopore arrays in zigzag and chiral graphene nanoribbons as a route toward high-$ZT$ thermoelectrics
我们分析了电子和声子的量子输运通过锯齿形或手性石墨烯纳米带（GNRs）与纳米孔阵列穿孔。由于这些GNR中的局部电荷电流分布在其边缘周围达到峰值，因此在其内部钻纳米孔不会影响这种边缘电荷电流，同时大大减少了足够长的线中声子携带的热流。这两种效应的组合可以产生高效的热电器件，其在液氮温度下具有最大的$ZT \simeq 11$，并且在室温下具有最大的$ZT \simeq 4$，在$\sim 1$ $μ$ m长的锯齿形GNR中实现，所述GNR具有可变直径的纳米孔和它们之间的间距。我们的分析是基于$π$ -轨道紧束缚哈密顿量的电子子系统的第三最近邻跳跃，声子子系统的经验第四最近邻模型，和非平衡格林函数形式主义来研究这两个模型中的量子输运。
2012-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage gated inter-cation selective ion channels from graphene nanopores
生物蛋白质离子通道具有选择性控制离子流的能力，在许多生理过程中发挥着重要作用。对于需要生物离子通道功能的实际应用，石墨烯提供了一种有前途的固态替代品，由于其原子薄和机械强度。在这里，我们证明了引入到石墨烯膜中的纳米孔，直径高达50 nm，表现出阳离子间的选择性，K+比二价阳离子优先约20倍，并且可以通过施加的栅极电压来调节。石墨烯装置的液体原子力显微镜揭示孔附近的表面纳米气泡负责所观察到的选择性行为。分子动力学模拟表明，离子穿过孔的移位可能经由孔和纳米气泡边缘处的薄水层发生。我们的结果表明，通过固态纳米孔装置和通过利用去湿状态的孔显示的阳离子间选择性的显著改善，提供了一种制造选择性石墨烯膜的方法，该方法不依赖于亚纳米孔的制造。
2019-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Self healing of vacancy defects in single layer graphene and silicene
利用第一性原理计算研究了石墨烯和硅烯中空位缺陷的自修复机制。我们研究了吸附原子的吸附、扩散、空位的形成，揭示了单层石墨烯和硅烯的单、双和三空位愈合的原子机制。硅原子吸附在硅烯的顶位上，通过推动下面的一个硅原子形成哑铃状结构。石墨烯中的单空位的非对称重构是通过两个悬挂键的重新键合和通过剩余的不饱和悬挂键获得显著的磁矩而引起的。在硅烯中，围绕单个空位的三个二重配位原子通过重新键合变为四重配位原子。通过新键形成获得的能量成为重建的驱动力。在外界原子的供给下，石墨烯的空位缺陷在完全愈合的同时，硅烯空位在愈合的过程中会形成Stone-Wales缺陷。通过重构空位缺陷来改变悬浮的单层石墨烯和硅烯的电子和磁性。
2013-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
First-principles study on controlling energy gap of graphene using hybrid armchair-zigzag nanostructures
采用密度泛函理论和非平衡格林函数方法研究了U型石墨烯纳米带和图案化纳米孔结构石墨烯的电子和输运性质.分析了它们的态密度、电子透射谱和分子轨道。结果表明，GNRs结在形成U型结构时，由于锯齿形边缘准束缚态的形成，结容易打开一个能隙。U型结构的尺寸对体系的电子输运有很大的影响。我们还考虑了U型GNRs结的拐角形状对能隙开放的影响。研究发现，随着一些碳原子被添加到内角，U形GNR的能隙发生了显着变化。对于图案化的纳米孔结构的石墨烯，计算结果表明，图案化的纳米孔的电子和通过GNRs结的输运性质的巨大影响，取决于纳米孔的形状，尺寸和数量。该研究表明，基于混合扶手椅型锯齿形纳米结构设计的定制石墨烯系统可以用于控制石墨烯的能隙。
2021-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Mass transport via in-plane nanopores in graphene oxide membranes
二维层压材料中的埃约束溶剂通过层间距、相邻片材之间的间隙以及平面孔中的通孔行进。其中，缺乏通过平面孔研究质量传递的实验途径。在这里，我们通过离子辐照在氧化石墨烯膜中创建这些纳米孔，精确控制官能团，孔径和孔密度。低离子诱导的孔密度导致膜的温和还原和增加的水渗透。较高的孔密度导致纯水的显著减少和完全堵塞，但是由于氢网络的弱化而允许乙醇-水混合物渗透。我们确认与模拟，即吸引力的溶剂对孔与官能团和破坏的埃限制的氢网络是至关重要的，允许在平面孔运输。
2022-01-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Graphene healing mechanisms: A theoretical investigation
石墨烯膜中的大孔最近被证明可以愈合，无论是在低能STEM实验中的室温下，还是通过高温退火。然而，愈合机制的细节仍不清楚。我们进行了完全原子反应分子动力学模拟，以解决这些机制在不同的实验条件下。我们的研究结果表明，如果存在碳原子源，高温可以为碳原子提供足够的能量，以克服势能势垒，并产生石墨烯六边形结构的完美重构。在室温下，只有明确考虑STEM实验中电子束的热效应，这种完美的愈合才有可能。完美或接近完美的石墨烯结构的重建过程涉及线性碳链的形成，以及具有平面（Stone-Wales）和非平面（块状）结构的含有5、6、7和8个原子的环。这些结果揭示了石墨烯在不同实验条件下的愈合机制。此外，这里提出的方法对于研究其他纳米结构的剪裁和操作也很有用。
2016-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Water Flow Through Polar and Non-Polar Nanopores: Insights from Multiscale Simulations
Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology（加泰罗尼亚纳米科学技术研究所）；CSIC（西班牙国家研究委员会）；BIST（巴塞罗那科学技术院）
通过多尺度模拟研究石墨烯和六方氮化硼纳米孔中的水流，发现hBN孔的非对称性诱导电偶极矩导致水流增强，而石墨烯孔对称无极性。
2026-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth mechanisms of graphene and effects of substrates
采用密度泛函理论中的有限温度分子动力学从头算方法研究了单层石墨烯的生长过程。在原子水平上的外延石墨烯的生长机制的理解提供了通过探索发生在石墨烯的生长边缘的瞬态阶段。这些阶段是大碳环的形成和塌陷，以及像五边形-七边形缺陷的Stone-Wales的形成和愈合。使用爬像轻推弹性带方法计算了各种衬底上这些生长诱导缺陷愈合的激活势垒，并与Stone-Wales缺陷进行了比较。发现生长过程中发生在边缘附近的五边形-七边形缺陷比Stone-Wales缺陷更容易愈合。还详细研究了衬底在外延生长和修复缺陷中的作用，以及使用碳二聚体作为石墨烯生长的构建块的影响。
2012-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Controlled fabrication of freestanding monolayer SiC by electron irradiation
本文提出通过在STEM中调节电子束能量和原位加热温度，在石墨烯纳米孔内受控制备自支撑单层SiC的新策略，所得材料具有宽直接带隙，并揭示了其由键旋转和原子挤出驱动的逐原子自组装机制。
2024-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structures of Porous Nanocarbons
我们使用大规模从头计算来描述石墨烯、石墨烯纳米带和周期性穿孔纳米孔的碳纳米管的电子结构。我们揭示了这些系统的共同特征，并开发了一个统一的图片，使我们能够分析预测和系统地表征纳米碳与不同大小和类型的纳米孔的超晶格中的金属-半导体转变。这些具有高度可调能带结构的新型材料在电子学、光探测和分子传感等领域有着广泛的应用前景。
2011-07-21 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
Electrostatic Gating of Ionic Conductance Through Heterogeneous van der Waals Nanopores
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
该研究通过异质范德瓦尔纳米孔实现低电压离子导电控制，展示了亚10纳米孔在低至0.3V电压下实现10倍电流调制，为低功耗离子电路和生物传感提供了新途径。
2026-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polarizable Molecular Simulations Reveal How Silicon-containing Functional Groups Govern the Desalination Mechanism in Nanoporous Graphene
我们报告了分子动力学（MD）模拟研究反渗透脱盐使用纳米多孔单层石墨烯钝化SiH $_2$和Si（OH）$_2$功能团。建立了一个高精度、精细化的可极化分子力学力场模型，用于模拟各种尺寸和几何形状的石墨烯纳米孔。模拟的水通量和离子排斥率的解释使用详细的原子机制来自模拟轨迹的分析。我们的主要发现是：（1）Si（OH）$_2$孔由于Cl $^-$离子的选择性静电排斥而具有优异的离子截留率，但Na $^+$离子被吸引到孔中并阻止水传递。(2)相比之下，SiH $_2$孔通过基于其水合层的尺寸和柔性排除离子的空间机制来操作。(3)在没有离子的情况下，水通量是成正比的孔隙内的溶剂可访问的区域，然而，模拟通量低于从最近的实验工作推断。我们还提出了一些假设，可以解决模拟和实验之间的差异。
2018-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Chemifriction and Superlubricity: Friends or Foes?
本研究通过全原子机器学习分子动力学模拟揭示含缺陷扭转石墨烯界面的化学摩擦机制，发现剪切诱导层间原子转移修复机制可恢复超润滑，建立唯象模型预测摩擦应力随速度的对数转变规律，为二维材料界面摩擦调控提供新思路。
2024-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
