A DFT study on the electronic and magnetic properties of triangular graphene antidot lattices
通过第一性原理计算，研究了反点尺寸对石墨烯反点晶格的电磁性质的影响。研究了两种不同的等边三角形和直角三角形锯齿形和混合锯齿形扶手椅边反量子点的自旋极化态密度、带隙、形成能和总磁化强度。我们发现，虽然两种结构的带隙，形成能和总磁化强度的值是不同的，这些值可能会增加锯齿形边缘的数量时，增加。扶手椅边缘对直角三角形反点的总磁化强度没有贡献。感生磁矩主要集中在边缘原子上，最大值出现在三角形各边的中心。我们发现，一个自旋相关的带隙打开在双层石墨烯作为结果的antidot图案在只有一层的结构。这种三角形反点的周期性阵列在费米能周围引起自旋相关的带隙，可以用于将石墨烯从抗磁性半金属转变为磁性半导体。
2018-12-15 cond-mat.mes-hall
Small gold clusters on graphene, their mobility and clustering: A DFT study
基于实验观察到的石墨烯表面金原子的高迁移率及其形成纳米团簇的倾向，我们采用密度泛函理论研究了石墨烯表面小团簇的基态结构、迁移率和团簇.我们对电子结构的详细分析确定了形成强金-金键的机会和石墨烯介导的预吸附片段的相互作用，作为金在石墨烯上聚集的趋势背后的驱动力。虽然含有多达三个金原子的簇具有一个明确的基态结构，但具有四个金原子的簇的两种气相异构体都可以在石墨烯上找到。在气相中，金刚石形状的Au $_{4}^{D}$簇是基态结构，而Y形状的Au $_{4}^{Y}$当吸附在石墨烯上时变成实际的基态。正如我们所展示的，这两种簇都可以通过两种不同的成簇过程在石墨烯上产生。我们还详细研究了逐步形成的金二聚体的两个预吸附的吸附原子，以及金$_{3}$的形成。所有的反应都是放热的，没有进一步的激活障碍，除了扩散障碍，被发现。所有研究的集群的扩散障碍范围从4到36 meV，只有，并大大超过了吸附能的-0.1至-0.59 eV。这解释了Au $_{1-4}$在石墨烯上沿着C-C键的高迁移率。
2010-10-08 cond-mat.mes-hall
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
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
Probing the mechanical properties of graphene using a corrugated elastic substrate
石墨烯优异的机械性能使其在纳米机械器件和功能复合材料方面具有吸引力。石墨烯机械行为的两个关键方面是其弹性和粘合性能。这些通常在单独的实验中确定，并且此外通常难以提取用于粘附的参数。此外，石墨烯和其他弹性材料之间的机械相互作用尚未得到很好的研究。在这里，我们展示了一种技术，用于研究的弹性和粘合性能的几层石墨烯（FLG），将其放置在可变形的，微波纹基板。通过测量复合石墨烯-基底结构的变形，并开发相关的线性弹性理论，我们能够提取有关石墨烯的弯曲刚度、粘附力、层间滑动的临界应力和样品依赖性张力的信息。这些结果与石墨烯基机械和电子器件以及石墨烯在复合材料、柔性材料和应变工程材料中的应用有关。
2010-06-15 cond-mat.mes-hall
Vacancy in graphene: insight on magnetic properties from theoretical modeling
石墨烯中单个空位的磁性是一个相关的，仍然是一个讨论较多的问题。实验结果表明，在费米能级处有一个明显可检测的磁缺陷态，而基于密度泛函理论（DFT）的计算则在$μ=1.04-2.0$ $μ_{B}$的范围内产生了各种各样的磁矩结果。我们提出了一个多工具\textit{ab initio}理论研究相同的缺陷，使用两个模拟协议的缺陷在晶体（集群和周期性边界条件）和不同的DFT泛函-裸和混合DFT，混合一部分的Hartree-Fock交换（XC）。我们的主要结论是两方面的：首先，我们发现，由于$π$字符的费米能级的石墨烯，包含XC是至关重要的，对于一个单一的孤立的空缺，我们可以预测一个整数磁矩$μ=2μ_{B}$。其次，我们发现，由于特定的对称性的石墨烯晶格，周期性阵列的单空位可能会提供有趣的扩散自旋相互作用。
2017-05-13 cond-mat.mes-hall
Vacancy in graphene: insight on magnetic properties from theoretical modeling
石墨烯中单个空位的磁性是一个相关且尚未解决的问题。实验结果表明，在费米能级处存在一个明显可检测的磁缺陷态，而基于密度泛函理论（DFT）的几种计算结果在$μ=1.04-2.0$ $μ_{B}$范围内的磁矩变化很大。我们提出了一个多工具\textit{ab initio}理论研究相同的缺陷，使用两个模拟协议的缺陷在晶体（集群和周期性边界条件）和不同的DFT泛函-裸和混合DFT，混合一部分的确切Hartree-Fock交换（XC）。我们的主要结论是两方面的：首先，我们发现，由于$π$字符的费米能级的石墨烯，包含XC是至关重要的，对于一个单一的孤立的空缺，我们可以预测一个整数磁矩$μ=2μ_{B}$。其次，我们发现，由于特定的对称性的石墨烯晶格，周期性阵列的单空位可能会提供有趣的扩散自旋相互作用。
2017-04-06 cond-mat.mes-hall
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
Snap-through transition of graphene membranes for memcapacitor applications: A combined study using MD, DFT and elasticity theory
利用计算和理论方法，我们研究了弯曲的石墨烯膜的突变。我们的主要兴趣是有关的可能性，使用的屈曲膜作为一个板的电容器与记忆（memcapacitor）。为了这个目的，我们进行了分子动力学（MD）模拟和弹性理论计算的向上向下和向下向上的抢购通过几种尺寸的膜的过渡。我们已经获得了表达式的阈值开关力向上到下和向下到上的过渡。此外，使用密度泛函理论（DFT）计算了上下阈值转换力。我们的DFT结果与MD和分析理论的结果基本一致。我们的系统方法可用于描述其他结构，包括纳米机械和生物结构，经历了快速过渡。
2017-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Multiscale modeling of polycrystalline graphene: A comparison of structure and defect energies of realistic samples from phase field crystal models
我们扩展相场晶体（PFC）的框架，多晶石墨烯的定量建模。PFC建模是一种功能强大的多尺度方法，用于寻找大的现实样品的基态配置，可以进一步用于研究其机械，热或电子性质。通过拟合量子力学密度泛函理论（DFT）计算，我们表明，PFC方法是能够预测现实的形成能和晶界的缺陷结构。我们提供了PFC，DFT和分子动力学（MD）计算之间的形成能的深入比较。DFT和MD计算使用从PFC基态提取的原子构型初始化。最后，我们使用PFC的方法来明确地构建大的现实多晶样品，并使用MD弛豫来表征它们的性质，以证明它们的质量。
2016-06-22 cond-mat.mes-hall
Physisorption of DNA nucleobases on h-BN and graphene: vdW-corrected DFT calculations
我们提出了一个比较研究的DNA核碱基[鸟嘌呤（G），腺嘌呤（A），胸腺嘧啶（T），和胞嘧啶（C）]吸附在六方氮化硼（\textit{h} -BN）片和石墨烯，使用本地，半本地，和范德华（vdW）能量校正的密度泛函理论（DFT）计算。有趣的是，尽管BN片和石墨烯的电子性质非常不同，但我们发现当吸附在两种类型的片上时，各种核碱基分子的结合能相当相似。使用局部、半局部和DFT+vdW方案计算的四个核碱基的结合能分别在0.54 ${\sim}$ 0.75 eV、0.06 ${\sim}$ 0.15 eV和0.93 ${\sim}$ 1.18 eV的范围内。特别地，DFT+vdW方案不仅预测了主要由基础分子与其底物之间的vdW相互作用确定的结合能，其以G $>$ A $>$ T $>$ C的顺序降低，而且预测了核碱基的分子水平与BN片或石墨烯的$π$ -态之间的非常弱的杂交。G、A、T和C在BN片（石墨烯）上的这种物理吸附诱导小的界面偶极子，导致功函数中的能量位移分别为0.11（0.22）、0.09（0.15）、$-$ 0.05（0.01）和0.06（0.13）eV。
2013-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Graphene on metals: a Van der Waals density functional study
我们采用密度泛函理论（DFT）和最近发展的vanderWaals密度泛函（vdW-DF）研究了石墨烯在Al，Cu，Ag，Au，Pt，Pd，Co和Ni（111）表面的吸附。与预测Ni、Co和Pd的相对强结合的局域密度近似（LDA）不同，vdW-DF预测所有金属和金属-石墨烯距离在3.40-3.72 nm范围内的弱结合。在这些距离处，如用DFT和多体G $_0$ W $_0$方法计算的石墨烯能带结构基本上不受衬底影响，特别是在$K$点处不存在带隙的开口。
2009-12-16 cond-mat.mes-hall
Energy-gap Opening and Quenching in Graphene under Periodic External Potentials
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法和基于广义有效旋量哈密顿量的理论方法研究了周期性外势对石墨烯中载流子性质的影响. DFT计算是在一个修改的Kohn-Sham程序，包括周期性的外部电位的影响。预测了两个对称子晶格和两个不对称子晶格的石墨烯超晶格的能带隙开放和猝灭。基于旋量哈密顿量的理论分析表明，石墨烯中Dirac费米子的赝自旋与外加势之间的关联以及势诱导的谷间散射在能隙打开和猝灭中起着重要作用.
2013-11-22 cond-mat.mes-hall
Optical Response of Graphene Quantum Dots in the Visible Spectrum: A Combined DFT-QED Approach
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET)（国家科学研究与技术委员会）；Facultad de Ingeniería-LIDTUA-CIC, Universidad Austral（奥斯特拉尔大学工程学院）；Departamento de Física, Universidad de Buenos Aires and IFIBA（布宜诺斯艾利斯大学物理系）；Departamento de Física, Facultad de Ciencias Exactas Físico-Químicas y Naturales, Universidad Nacional de Río Cuarto（里奥夸尔托国立大学理学院物理系）
本文结合DFT与QED研究石墨烯量子点的动态特性，通过氢原子饱和边缘模拟多环芳烃，计算其光学特性如跃迁频率、偶极矩、寿命及分子能级人口动态。
2026-04-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Theory of electronic and spin-orbit proximity effects in graphene on Cu(111)
利用密度泛函理论研究了吸附在Cu（111）表面的石墨烯的轨道邻近效应和自旋轨道邻近效应。邻近效应主要由石墨烯$π$和铜d轨道的杂化引起。我们的电子结构计算与实验观察到的特征吻合得很好。我们进行了石墨烯-Cu（111）距离依赖性研究，通过将DFT结果拟合到稳健的低能模型哈密顿量来获得邻近轨道和自旋轨道耦合参数。我们发现一个很强的距离依赖性的Rashba和内在的接近诱导的自旋-轨道耦合参数，这是在meV和数百个$μ$ eV的范围内，分别为实验相关的距离。石墨烯的狄拉克光谱也表现出近似轨道间隙，约为20 meV。此外，我们发现一个带反转的石墨烯状态伴随着一个重新排序的自旋和赝自旋状态，当石墨烯被压向铜。
2016-01-11 cond-mat.mes-hall
Singular elastic strains and magnetoconductance of suspended graphene
悬挂在电触点或其他刚性支撑物上的石墨烯膜易于发生弹性应变，其集中在样品的边缘和角落。这种应变导致代数变化的有效磁场，其在亚微米宽的薄片中可以达到几特斯拉。在量子霍尔机制中，有效磁场和物理磁场的相互作用导致手征边缘通道的反向散射，这可以破坏量子化电导平台。
2010-04-07 cond-mat.mes-hall
A DFT Study on the Electronic Structure of In-Plane Heterojunctions of Graphene and Hexagonal Boron Nitride Nanoribbons
六方氮化硼（h-BN）和石墨烯纳米带之间的结构相似性允许形成具有小链应力的异质结。前者的绝缘性质和后者的准金属性质的组合使得这种异质结构对于平板光电子学特别有趣。最近，实验证明，石墨烯和h-BN域的形状可以精确控制，并且可以产生尖锐的石墨烯/h-BN界面。在这里，我们研究了不同尺寸的石墨烯（h-BN）纳米晶畴夹在h-BN（石墨烯）纳米带之间形成面内异质结的电子和结构特性。研究了锯齿形终止的不同畴尺寸。结果表明，电荷密度是本地化的异质结的边缘，无论域的大小。这些材料呈现出具有铁磁行为的金属性质，其可用于纳米级的磁性应用。
2020-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Elastic properties of hydrogenated graphene
存在氢化石墨烯的三种构象异构体，称为椅型、船型或搓板型石墨烷。这些系统具有映射到石墨烯支架上的完美的二维周期性，但它们的特征在于$sp^3$轨道杂化，具有不同的晶体对称性，并且在加载时表现出其他行为。通过第一性原理计算，我们确定了它们的结构和声子性质，以及我们建立了它们的相对稳定性。通过连续体弹性，我们定义了一个模拟协议，通过计算机实验测量其线性和非线性弹性模量，我们实际上通过第一原理计算它们。我们认为，所有的graphane构象响应任何任意取向的延伸与一个小得多的横向收缩比计算石墨烯。此外，我们提供的证据表明，船石墨烷沿扶手椅和锯齿形的碳蜂窝晶格的主方向（轴向拉胀弹性行为）有一个小的和负的泊松比。此外，我们表明，椅子石墨承认软化和硬化超弹性，取决于所施加的载荷的方向。
2010-10-25 cond-mat.mes-hall
Electronic and magnetic properties of graphene-fluorographene nanoribbons: Controllable semiconductor-metal transition
本文通过DFT和有效Hubbard模型研究了嵌入氟化石墨烯中的石墨烯纳米带，发现αα体系为反铁磁半导体，αβ体系为铁磁且随宽度发生半导体-金属转变，为氟化调控石墨烯性质及器件应用提供了理论基础。
2024-09-30 cond-mat.mes-hall
Linear response function in the presence of elastic scattering: plasmons in graphene and the two-dimensional electron gas
在线性响应理论中，我们推导出一个响应函数，该函数充分考虑了弹性散射的影响，并且在长波长极限之外是有效的。我们将该理论应用于石墨烯和二维电子气（2DEG）中的等离子体激元，在随机相位近似下，对于前者考虑带内和带间激发。散射环修改的色散关系表明，低于临界散射强度$γ_c$，简单地与等离子体频率$ω$，没有等离子体是允许的。石墨烯中带内和带间跃迁的临界强度$γ_c$和允许的$(ω, q)$等离子体激元谱是不同的。在石墨烯和2DEG中，对于小的$ω$，强度$γ_c$迅速下降，但是对于大的$ω$，下降得慢得多。
2018-01-15 cond-mat.mes-hall
High-accuracy large-scale DFT calculations using localized orbitals in complex electronic systems: The case of graphene-metal interfaces
多年来，基于密度泛函理论（DFT）的计算模拟已被广泛用于在原子尺度上研究许多不同的材料。然而，它的应用受到系统大小的限制，使得许多有趣的系统没有高精度的量子描述。在这项工作中，我们计算的石墨烯-金属系统的电子和结构特性显着大于以前的平面波计算具有相同的精度。对于这项任务，我们使用一个本地化的基础设置与\textsc{Conquest}代码，无论是在其原始的，伪原子轨道的形式，并使用最近的多站点的方法。这种多位点方案使我们能够保持准确性，同时节省计算时间和内存需求，即使在我们的示范性复杂系统的石墨烯生长在铑（111）与和没有嵌入原子氧。该系统提供了一个丰富的场景，将作为一个基准，证明了在具有超过3000个原子的细胞中进行高度准确的模拟是可行的，具有适度的计算资源。
2018-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
DFT modeling of the covalent functionalization of graphene: from ideal to realistic models
生产多种类型的石墨烯，例如独立式的、碳化硅和金属上的外延石墨烯、溶液中的石墨烯、化学生长的石墨烯样分子、各种石墨烯纳米带和具有不同还原水平和各种化学组成的氧化石墨烯，证明需要在石墨烯功能化的基本原理之外进行额外的研究，以避免预测之间偶尔出现矛盾从第一原理模拟和实验结果。在此，我们讨论了当前状态的建模不同类型的石墨烯使用密度泛函理论（DFT）的方法。我们专注于静态（基板，形状，曲率，应变和掺杂）和动态（功能化的起点，迁移障碍和配置的稳定性）方面，提供了一个更正确和选择性的各种化学物质的石墨烯支架上的化学吸附建模。基于最近对不同类型石墨烯的实验实现的功能化的建模，我们可以得出结论，在早期研究中讨论的均匀的单侧或双侧功能化石墨烯的形成是石墨烯化学的典型场景的例外。不同基质、缺陷和晶格畸变（如波纹和应变）的存在导致从官能团形成簇或线。已经发现石墨烯衬底上的化学物质的几种构型以理想模型存在，但仅对于在特殊条件下官能化的石墨烯是稳定的。技术参数的作用，如所采用的泛函和计算方法，以及各种类型的石墨烯的化学性质的建模的重要指导方针也进行了讨论。
2013-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Membrane amplitude and triaxial stress in twisted bilayer graphene deciphered using first-principles directed elasticity theory and scanning tunneling microscopy
扭曲的石墨烯层对于给定的扭曲角产生具有预定波长的莫尔图案（MP）结构。然而，由于大的超晶胞，使用第一原理密度泛函理论（DFT）预测除了纯AB堆叠或AA堆叠石墨烯之外的任何角度的膜振幅是不可能的。在这里，在弹性理论中，我们将MP结构定义为最小能量配置，从而将高度振幅作为唯一的未知参数。后者由AB和AA堆叠的双层石墨烯的DFT计算确定，以消除所有拟合参数。良好的协议与扫描隧道显微镜（STM）的结果跨多个基板的扭曲角的函数。
2014-07-04 cond-mat.mes-hall
Scaling behavior and strain dependence of in-plane elastic properties of graphene
我们通过原子模拟表明，在热力学极限下，石墨烯在有限温度下的面内弹性模量随着系统尺寸$ L $而消失，作为与$ η_u \simeq 0.325 $的幂律$ ~ L^{-η_u} $，与膜理论一致。我们的模拟清楚地揭示了石墨烯弹性模量的大小和应变依赖性，可以与实验数据进行比较。虽然最近测得的拉伸应变系统的杨氏模量的渐近值和从{ \it ab initio}计算值之间的差异的2倍仍然没有解决，我们的结果解释了实验观察到的增加超过2倍的拉伸应变只有几个permile。我们还讨论了泊松比的缩放，我们的模拟不同意的自洽屏蔽近似的预测。
2015-08-21 cond-mat.mes-hall
Field effect doping of graphene in metal|dielectric|graphene heterostructures: a model based upon first-principles calculations
我们研究了如何从导电衬底的石墨烯单层的费米能量分离的介电间隔取决于衬底的属性和施加的电压。一个分析模型的开发，描述了作为栅极电压的函数的费米能级位移，衬底的功函数，以及的类型和厚度的电介质间隔。描述场效应器件中栅电极效应的该模型的参数可以从单层或界面上的密度泛函理论（DFT）计算获得。石墨烯在金属|dielectric|石墨烯结构中的掺杂被发现不仅由金属和石墨烯之间的功函数的差异和间隔物的介电性质决定，而且由界面处的微观结合的细节引起的潜在步骤也起重要作用。通过该模型预测的掺杂水平与从金属|dielectric|石墨烯结构上的第一原理DFT计算获得的结果非常一致，该石墨烯结构具有金属Al、Co、Ni、Cu、Pd、Ag、Pt或Au以及h-BN或真空介电间隔物。
2013-02-20 cond-mat.mes-hall
Band engineering and elastic properties of strained armchair graphene nanoribbons: semiconductor vs metallic characteristics
扶手椅型石墨烯纳米带中的奇数个锯齿形边缘及其机械性能（例如，杨氏模量、泊松比和剪切模量）对于石墨烯基光电子器件中的带隙工程具有潜在的兴趣。在本文中，我们考虑在扶手椅型石墨烯纳米带的扶手椅型边缘处用氢钝化，然后施加应变来调节带隙。使用密度泛函理论计算，我们的研究发现，精确控制应变可以允许调整带隙从半导体到金属，然后再次切换回半导体。此外，我们还表明，氢分子钝化的应变石墨烯纳米晶可以具有大的面外变形，展示了松弛形状石墨烯的性质。我们用结合能来表示氢引起的应变。最后，我们研究了应变对石墨烯纳米带力学性能的影响，这些力学性能可用于制作基于石墨烯纳米带的应变电子器件。
2019-01-03 cond-mat.mes-hall
Magnetic Structure of Hydrogen Induced Defects on Graphene
利用密度泛函理论、Hartree-Fock方法、精确对角化方法和数值重整化群方法研究了石墨烯表面化学吸附的稀氢原子的电子结构. DFT和Hartree-Fock计算之间的比较，使我们能够确定的缺陷的磁结构的主要特征。我们使用这些信息来制定一个安德森-哈伯德模型，捕捉系统的主要物理成分，同时仍然允许严格的电子相关性的治疗。我们发现，大的氢-碳杂化使缺陷的结构介于与原始石墨烯弱耦合的吸附原子和碳空位之间。杂质的磁矩泄漏到石墨烯层中，其中C原子上的电子关联在稳定磁性溶液中起重要作用。最后，我们讨论了近藤效应的影响。
2011-12-12 cond-mat.mes-hall
Gate induced enhancement of spin-orbit coupling in dilute fluorinated graphene
我们利用密度泛函理论和紧束缚模型分析了氟化石墨烯中自旋轨道耦合的起源。事实证明，SOC的主要来源是氟吸附原子的原子自旋轨道，而不是基于氢化石墨烯中石墨烯平面的畸变的杂质诱导的SOC。更有趣的是，我们的DFT计算表明，SOC受到石墨烯载流子的类型和浓度的强烈影响，通过电子掺杂增强并通过空穴掺杂降低。这种效应是由于电荷转移到氟吸附原子和随之而来的氟-碳键的变化。我们简单的紧束缚模型，其中包括SOC的$2p$轨道的F和有效参数的基础上最大本地化的Wannier函数，是能够占的效果。石墨烯掺杂引起的SOC的强烈增强打开了调节该材料中的自旋弛豫的可能性。
2015-03-04 cond-mat.mes-hall
Relaxation Effects in Twisted Bilayer Graphene: a Multi-Scale Approach
我们提出了一个多尺度的密度泛函理论（DFT）通知分子动力学和紧束缚（TB）的方法来捕捉相互依赖的原子和电子结构的扭曲双层石墨烯。我们校准的平带魔角是在$θ_{\rm M} = 1.08^{\circ}$通过重新调整不同的原子结构弛豫模型的层间隧穿作为一种方式来解决现有的原子和电子结构模型的不确定性，其预测的魔角之间变化很大$0.9^\circ \sim 1.3^\circ$。原子间力场的建立使用输入从各种堆叠和层间距离依赖DFT总能量，包括确切的交换和随机相位近似（EXX+RPA）。我们对石墨烯使用$\upsilon_{\rm F} \simeq 10^{6}$ ~m/s的费米速度，其比局域密度近似（LDA）值提高了约$\sim 15\%$。基于这个原子和电子结构模型，我们得到高分辨率的光谱功能与实验角度分辨光电子能谱（ARPES）。我们的原子和电子结构之间的相互依赖性的分析表明，层内弹性参数与DFT-LDA兼容，这是刚性的$\sim$ 30\%比广泛使用的反应经验键级力场，可以结合ESX +RPA层间电位产生魔角在$\sim 1.08^{\circ}$没有进一步重新调整的层间隧道。
2022-03-16 cond-mat.mes-hall
I-V Characteristics of Graphene Nanoribbon/h-BN Heterojunctions and Resonant Tunneling
采用密度泛函理论（DFT）和非平衡格林函数（NEGF）方法，对石墨烯片/h-BN异质结（GS/h-BN）和11-扶手椅型石墨烯纳米晶异质结（11-AGNR/h-BN）的电学性质进行了第一性原理计算.由于11-AGNR属于AGNR的导电（3 n-1）族，因此两者都是具有两个横向排列的h-BN的金属纳米材料，h-BN是一种宽禁带半导体。两个h-BN阵列充当双屏障。用密度泛函理论和NEGF方法计算了GS/h-BN和11-AGNR/h-BN的透射函数和I-V特性，结果表明它们发生了量子双势垒隧穿。TF在两种材料中变得非常尖锐，并且它导致阶梯式I-V特性而不是负电阻，这是半导体中双势垒的典型行为。
2018-02-14 cond-mat.mes-hall
Localization of electrons and magnetization in fluoro-graphene: A DFT+U study
石墨烯上的氟吸附原子会引起电子和磁性的局部变化以及微妙的相关效应。我们研究了GGA和GGA+U方法作为描述含氟原子石墨烯片的磁矩和电子能带结构的可能解决方案，并与实验进行了比较。我们发现，由于缺乏强的电子相关性，GGA无法重现在这种结构中测得的磁矩。特别地，GGA错误地预测了具有零带隙的电子基态。另一方面，GGA+U是一个计算效率高的工具，它提供了物理上合理的属性。使用5 eV和0.1 eV的Hubbard U和交换J参数提供与实验一致的磁矩和光学带隙。我们的研究结果表明，在实验中观察到的磁矩注入整个石墨烯片的碳pz轨道中的氟。自旋-轨道耦合（SOC）几乎没有影响（ca. 2%）对磁性的影响。没有Rashba效应被检测到，由氟引起的磁矩强烈地支配电子性质。我们的研究结果解释了实验观察到的各向异性磁行为。
2017-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Elastic Screening of Pseudogauge Fields in Graphene
本文通过分子动力学模拟揭示石墨烯中光学晶格位移对赝规范场的屏蔽效应，证明以往连续介质弹性方法高估了应变诱导赝磁场强度，对扭转双层和波纹状石墨烯的电子性质研究具有重要修正意义。
2025-04-10 cond-mat.mes-hall
Correlations in the elastic Landau level of spontaneously buckled graphene
范德瓦尔斯材料中几乎平坦的能带产生的电子相关性已经被证明是设计人工量子物质的强大舞台，包括超导体，相关绝缘体和拓扑物质。这种现象已经在各种扭曲的范德华材料中实验观察到，例如石墨烯和二硫属化物多层膜。在这里，我们表明，自发屈曲的石墨烯可以产生一个相关的状态，从一个弹性的伪朗道水平出现。我们的研究结果建立在最近的实验结果之上，该实验结果报告说，当放置在hBN或NbSe $_2$衬底上时，褶皱的石墨烯片松弛，形成周期性的长程屈曲图案。在赝轴规范场存在下，低能物理可以用电子精确描述，导致亚晶格极化朗道能级的形成。此外，我们验证了在零朗道能级的高态密度导致形成一个周期性调制的亚铁磁基态，它可以通过施加外部电场来控制。我们的研究结果表明，周期性应变石墨烯是一个多功能的平台，探索新兴的电子态所产生的相关弹性朗道能级。
2020-07-28 cond-mat.mes-hall
Energy bands in graphene: Comparison between the tight-binding model and {\it ab initio} calculations
我们比较了紧束缚模型（TBM）框架下群论代数对石墨烯电子能带的分类和密度泛函理论（DFT）框架下的计算结果.在DFT能带结构的所有八个能带（四个价带和四个导带）对应的TBM衍生的能带进行识别和相应的分析。由DFT给出的四个占据带（三个$σ$ -和一个$π$ -类）和三个未占据带（两个$σ$ -和一个$π$ -类）与由TBM预测的带在对称性和色散律方面都密切对应。然而，位于$Γ$点未占用带的两个最低点（其中一个是类$σ$型，另一个是类$π$型）不是TBM型。根据它们的对称性和电子密度，这些带是与TBM价带正交的平面波;这些状态的色散可以明确地确定到布里渊区边界。另一方面，由TBM给出的第四个未被占用的能带可以在DFT能带计算给出的能带中识别出来;它相对于能量而言位于相当高的位置。这个带与自由电子态的相互作用是如此之强，以至于它只存在于$k$ -空间的一部分。
2014-04-16 cond-mat.mes-hall
An iterative method bridging DFT, disorder averaging, and experiment in intercalated materials: application to Au-intercalated graphene
Université Paris Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；CEA（法国原子能和替代能源委员会）；Institut de Physique Théorique（理论物理研究所）；Laboratoire de Physique des Solides（固体物理实验室）；Instituto de Física, Universidade Federal de Goiás（戈亚斯联邦大学物理研究所）；Aix Marseille Univ（艾克斯-马赛大学）；Université de Toulon（土伦大学）；CPT（凝聚态物理中心）；Institut de Sciences des Matériaux de Mulhouse（米卢斯材料科学研究院）；CNRS-UMR 7361 Université de Haute Alsace（上阿尔萨斯大学）
该研究开发了结合DFT、TB、SCTMA无序平均与实验的迭代方法，将其应用于金插层石墨烯，成功重现了金团簇相ARPES的关键特征，明确了杂化与局域散射势为核心微观要素。
2026-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Copper adatoms on graphene: theory of orbital and spin-orbital effects
我们提出了一个相结合的DFT和模型哈密顿分析的自旋-轨道耦合在石墨烯诱导的铜吸附原子的桥梁和顶部的位置，代表孤立的原子在稀极限。在这两个系统中的轨道物理被发现是令人惊讶的相似，在本地对称性的根本差异。在这两个系统中的铜p和d的贡献在费米能级是非常相似的。基于轨道效应的知识，我们确定了局部诱导的自旋轨道耦合的主要原因是铜的p和d轨道。通过采用DFT + U形式主义作为分析工具，我们发现，p和d轨道的贡献是同样重要的自旋轨道耦合，虽然p的贡献的状态密度要高得多。我们适合的DFT数据与现象学紧束缚模型分别开发的顶部和桥梁的位置。我们的模型哈密顿量描述了整个布里渊区的低能电子能带结构，并允许我们提取的大小的自旋轨道相互作用引起的本地铜吸附原子是在几十meV。通过将唯象模型应用到格林函数技术中，我们发现铜原子在石墨烯中作为共振杂质，其顶和桥的寿命分别为50和100~fs。
2016-10-06 cond-mat.mes-hall
Transport and elastic scattering times as probes of the nature of impurity scattering in single and bilayer graphene
传输$τ_{tr}$和弹性散射时间$τ_{e}$的实验确定从单层和双层石墨烯的磁导的载流子密度依赖性。这两个时间和它们的载流子密度的依赖关系被发现是非常不同的单层和双层。然而，发现它们的比率$τ_{tr}/τ_{e} $在两个系统中都是$1.5 $的量级，并且与载流子密度无关。这些测量提供了对散射中心的性质（中性或带电）和空间范围的了解。与理论预测的比较得出，我们的石墨烯样品中的主要散射机制可能是由于短程强散射体引起的共振散射，一个可能的候选者是空位。
2010-04-22 cond-mat.mes-hall
Two-Dimensional Wide-Band-Gap II-V Semiconductors with a Dilated Graphene-like Structure
自从石墨烯出现以来，二维（2D）材料变得非常有吸引力，并且人们越来越有兴趣探索石墨烯之外的新2D。在这里，通过密度泛函理论（DFT）计算，我们预测的二维宽带隙II-V族半导体材料的M $_3$ X $_2$（M = Zn，Cd和X = N，P，As）具有膨胀的石墨烯样蜂窝结构。其结构特征是V族X原子形成两个X原子平面，对称地横跨中心IIB族M原子平面。2D Zn $_3$ N $_2$、Zn $_3$ P $_2$、和Zn $_3$ As $_2$显示分别具有2.87、3.81和3.55 eV的直接带隙，和2D Cd $_3$ N $_2$，Cd $_3$ P $_2$，和Cd $_3$ As $_2$表现出2.74，3.51，和3.29eV。六种二维材料中的每一种都显示出具有低至$0.03\sim 0.05$ $m_0$的有效载流子（空穴或电子）质量。这些二维材料的结构稳定性和实验实现的可行性已被显示在DFT声子谱和总能量与相关现有的块体材料的比较。在实验方面，在各种有机材料中已经有许多类似的Zn和其他过渡金属的二配位结构，这可以被认为支持我们的DFT预测。因此，这些2D半导体可以丰富2D电子材料家族，并且可能具有实现新型晶体管和光电子器件的有希望的潜力。
2016-07-06 cond-mat.mes-hall
Ab initio quasiparticle bandstructure of ABA and ABC-stacked graphene trilayers
在GW近似下，通过从头算密度泛函理论和多体准粒子计算，得到了ABA和ABC堆叠的石墨烯三层结构的准粒子能带结构.为了解释我们的结果，我们适合的DFT和GW $π$带的低能量紧束缚模型，这是发现重现很好的K点附近的观察到的功能。所提取的跳跃参数的值的报告，并与现有的理论和实验数据进行比较。对于这两种堆叠，自能量修正导致费米速度的重整化，这一效应在以前的单层石墨烯计算中也观察到。它们还增加了较高能带之间的分离，这与最近邻层间跳跃参数$γ_1$成比例。通过自能修正，使这两个特征与实验更接近。最后，对其它效应，如三角弯曲、电子-空穴不对称性和能隙等也进行了讨论。
2014-01-08 cond-mat.mes-hall
Hopping-resolved electron-phonon coupling in bilayer graphene
在本文中，我们研究了双层石墨烯中的电子-声子耦合，作为层间跳跃相关的多层石墨烯的典型情况。使用密度泛函理论（DFT）的背景下，并使用不同的光学声子位移的冻结声子的方法，我们能够定量地评估与每个跳跃项$γ_i$相关的电子-声子耦合$α_i$。这种分析还揭示了一个简单的标度律之间的跳跃项$γ_i$和电子-声子耦合$α_i$，这超出了具体的DFT技术。
2012-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-layer Ga2O3/graphene heterogeneous structure with optical switching effect
单层Ga 2 O3（SLGO）和石墨烯由于其各自的电子和机械性质（诸如宽带隙和高导电性）而具有吸引力。利用范德华力将它们结合在一起形成异质结构是一种新的值得研究的方法。本文通过改变层间距对SLGO/石墨烯进行了密度泛函理论研究。采用密度泛函理论对双层异质结构进行了计算，发现了一些有趣的现象，如SLGO和石墨烯导带的能带开放和面内光吸收的开关效应。
2021-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the Electronic Structure of a Recently Synthesized Graphene-like BCN Monolayer from bis-BN Cyclohexane: A DFT Study
自石墨烯兴起以来，氮化硼单分子膜由于与石墨烯结构相似而得到了深入的研究。以bis-BN环己烷（B2 N2 C2 H12）为前体分子，合成了六方结构的类石墨烯硼-碳-氮（h-BCN）单层膜。在此，我们研究了这种新型的BCN材料的电子和结构特性，在存在单原子（硼，碳，氮）的空缺，通过采用密度泛函理论计算。这些空位赋予的结构的稳定性进行了验证，从内聚能计算。结果表明，碳原子空位的存在会使晶格发生强烈的畸变，导致晶格平面性的破坏和键的重构。单原子空位诱导了平坦的带隙中间态的出现。一个显着程度的电荷本地化发生在这些缺陷附近。观察到仅在硼空位情况下的自发磁化，其磁偶极矩约为0.87 μ B。我们的计算预测的直接电子带隙值约为1.14 eV，这是在很好的协议与实验。重要的是，该带隙值介于无带隙石墨烯和绝缘h-BN之间。
2020-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comment on 'Erratum: 'Two-dimensional porous graphitic carbon nitride C6N7 monolayer: First-principles calculations' [Appl. Phys. Lett. 119, 142102 (2021)]'
最近，Bafekry等人[Appl.Phys.Lett. 120，189901（2022）]报道了他们关于C6N7单层弹性常数的密度泛函理论（DFT）结果。他们预测了单层材料沿平面外方向的非零弹性常数，这与平面应力条件下刚度张量的基本物理相矛盾。此外，在他们的工作中，杨氏模量被错误地计算。在DFT计算的基础上，本文中我们预测C6N7单层的C11，C12和C66分别为286，73和107 GPa，相当于面内杨氏模量为267 GPa。使用DFT计算和机器学习原子间势，我们还表明，C6N7单层显示各向同性弹性。
2022-05-04 cond-mat.mes-hall
A Computational Investigation of the Catalytic Properties of Graphene Oxide: Exploring Mechanisms Using DFT Methods
在这里，我们描述了一个计算研究进行的努力，以阐明背后的实验观察到的氧化石墨烯氧化物（GO）催化的氧化和水合反应的反应机制。使用苯甲醇氧化成苯甲醛作为模型反应，密度泛函理论（DFT）计算表明，该反应性源于氢原子从有机分子转移到GO表面。特别是，相邻的环氧基团装饰GO的基面开环，导致二醇的形成，然后脱水。与实验观察到的这种化学对分子氧的依赖性一致，我们的计算表明，部分还原的催化剂能够被分子氧再充电，从而允许催化剂周转。计算出无官能团的碳材料（例如石墨）具有显著更高的反应势垒，表明GO的高化学势和丰富的官能度对于所观察到的反应性是必要的。
2012-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nonlinear elasticity of monolayer graphene
结合连续介质弹性理论和紧束缚原子模拟，推导出了石墨烯拉伸弹性的本构非线性应力-应变关系，并计算了相应的所有非线性弹性模量。目前的结果代表了一个强大的图片上的弹性行为的一个原子厚的碳片，并提供了适当的解释最近的实验。特别地，我们讨论了引入的有效非线性弹性模量的物理意义，并预测了它的值，与现有数据吻合得很好。最后，观察和讨论了超弹性软化行为，从而确定石墨烯的破坏性质。
2010-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene on ferromagnetic surfaces and its functionalization with water and ammonia
本文采用角分辨光电子能谱学（ARPES）、X射线吸收光谱（XAS）和密度泛函理论（DFT）研究了水和氨在石墨烯/Ni（111）上的吸附。我们在石墨烯/Ni（111）上的研究结果揭示了界面态的存在，这源于石墨烯π和自旋极化的Ni 3d价带态的强杂化. H_2O（NH_3）/石墨烯/Ni（111）体系的ARPES和XAS数据给出了Ni（111）表面吸附分子与石墨烯之间相互作用的信息。所提出的实验数据进行比较的DFT方法的框架中获得的结果。
2011-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Elastic and non-linear stiffness of graphene: a simple approach
关于石墨烯的杨氏模量和三阶弹性刚度的最近实验[Science \textbf{321}，385（2008）]以非常简单的方法很好地解释，其中石墨烯由简化系统描述，并且非线性相互作用的力常数由Tersoff-Brenner势估计。
2010-01-23 cond-mat.mes-hall 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
Elastic deformations and Wigner-Weyl formalism in graphene
本文讨论了具有弹性形变的$Z_2$亚晶格对称性的固体物理紧束缚模型及其重要特例--石墨烯紧束缚模型。为了描述电子准粒子的动力学，我们探索Wigner-Weyl形式。它允许在缓慢变化的外部电磁场和由弹性形变引起的跳跃参数的非均匀修改的存在下计算两点格林函数。所发展的形式允许我们考虑弹性形变和磁场变化对量子霍尔效应的影响。
2019-05-27 cond-mat.mes-hall hep-lat
Topological electric current from time-dependent elastic deformations in graphene
我们显示了通过在保留时间反转对称性的带隙石墨烯样品中施加时间依赖性应变来诱导边缘电荷电流的可能性。我们证明，这种边缘电流具有相同的起源作为谷霍尔响应已知存在于系统中。
2013-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
How Good Is DFT for Solid-Liquid Interfaces? A Comparison With the Random-Phase Approximation for Water on Graphene
University of Cambridge（剑桥大学）；Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）；Max Planck Initiative for Liquid Research（马克斯·普朗克液体研究倡议）；Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学）
本文通过对比DFT与RPA在石墨烯-水界面的表现，提出多观测评分框架，识别出六个可靠泛函，并揭示动力学和光谱性质更难重现，为固液界面模拟提供基准策略。
2026-10-08 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Dislocation Field Theory in 2D: Application to Graphene
介绍了一种二维位错连续体理论。本理论在经典的弹性能量密度基础上增加了弹性转动、位错密度和背景应力。该理论包含四个材料模量。根据四种材料模量定义了两种特征长度尺度。计算了刃型位错的应力和弹性变形的非奇异解。已经指出，弹性应变与最近在石墨烯中发现的刃位错的实验数据吻合得很好。
2015-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Methane and carbon dioxide adsorption on edge-functionalized graphene: A comparative DFT study
为了优化晶体和无序纳米多孔碳基材料中的气体储存和分离，我们使用从头算密度泛函理论计算来探索化学官能化对模型碳纳米结构内暴露边缘的气体结合的影响。我们测试的几何形状，能量，和电荷分布的平面内和平面外的结合CO2和CH 4的模型锯齿形石墨烯纳米带边缘官能化与COOH，OH，NH 2，H2 PO 3，NO2，和CH 3。虽然不同的选择的交换相关功能导致的结合能的值的传播，跨官能团的趋势在很大程度上保留了每个选择，作为吸附的气体分子的最终取向。我们发现CO2的结合超过CH 4的结合大约是2倍。然而，这两种气体遵循非常相似的趋势，在连接的官能团的变化，尽管不同的分子对称性。我们的研究结果表明，NH 2，H2 PO 3，NO2和COOH官能团的存在下，可以显着增强气体结合相对于氢钝化的边缘，使边缘潜在的可行的结合位点的材料中具有高浓度的边缘碳。一阶，面内结合强度与这些基团上较大的永久和诱导偶极矩相关。剪裁碳结构增加气体吸收和改善CO2/CH 4选择性的影响进行了讨论。
2012-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of edge structures on elastic modulus and fracture of graphene nanoribbons under uniaxial tension
基于原子模拟，预测了单层石墨烯纳米带在准静态单轴拉伸下的非线性弹性性质，强调了边缘结构（扶手椅和锯齿形，无氢钝化和有氢钝化）的影响.原子模拟的结果解释热力学的理论框架内，这使得应变相关的边缘能量和氢吸附能的非线性函数的确定，锯齿形和扶手椅边缘。由于边缘效应的影响，石墨烯纳米带在无限小应变下的初始杨氏模量随边缘手性和带宽的变化而变化。此外，发现扶手椅型石墨烯纳米带的标称断裂应变比锯齿形带低得多。两种不同的断裂机制被确定，与锯齿形带和边缘控制的扶手椅带的非均质形核。氢钝化的边缘被发现有锯齿形石墨烯纳米带的机械性能的影响可以忽略不计，但其效果是更显着的扶手椅带。
2010-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
