Combined molecular dynamics and phase-field modelling of crack propagation in defective graphene
在这项工作中，提出了一种组合的建模方法在有缺陷的石墨烯裂纹扩展。分子动力学（MD）模拟用于获得材料参数（杨氏模量和泊松比），并确定裂纹演化过程中的能量贡献。弹性性能，然后应用在相场连续模拟的基础上的格里菲斯能量断裂准则。特别是，点缺陷的弹性性能和断裂韧性的影响进行了研究。对于后者，我们得到的值与最近的实验结果一致。此外，我们讨论了替代定义的有效断裂韧性，占裂纹扩展的条件，并建立了动态，离散和连续，准静态断裂过程之间的联系MD水平和连续水平，分别。结果表明，MD和相场模拟相结合是一个有充分依据的方法来识别缺陷相关的材料参数。
2019-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Experimental realization of single electron tunneling diode based on vertical graphene two-barrier junction
通常，石墨烯在其水平方向上用于设计新概念器件。在这里，我们报告了一个单电子隧穿二极管的基础上量子隧穿通过垂直石墨烯双势垒结。通过将扫描隧道显微镜（STM）尖端定位在沉积在石墨表面上的石墨烯纳米颗粒上方来形成结。由于双势垒结的不对称性，电子可以从针尖单向转移到石墨烯纳米管，但不能从石墨烯单向转移到针尖。这一结果为在垂直方向上设计新型石墨烯晶体管提供了有趣的机会。
2012-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rectification at Graphene-Semiconductor Interfaces: Zero-Gap Semiconductor Based Diodes
使用电流-电压（I-V）和电容-电压（C-V）测量，我们报告了与在一个原子厚的零间隙半导体（石墨烯）和传统半导体的界面处形成肖特基势垒相关的不寻常的物理和有前途的技术应用。当化学气相沉积的石墨烯被转移到n型Si、GaAs、4 H-SiC和GAN半导体衬底上时，存在强烈的范德华吸引力，伴随着跨界面的电荷转移和整流（肖特基）势垒的形成。结合键极化理论的背景下的肖特基-莫特模型的热电子发射理论提供了一个令人惊讶的良好的描述的电性能。由于石墨烯的机械稳定性、其抗扩散性、其在高温下的鲁棒性以及其所展示的包含多个功能的能力，应用于诸如在正向偏压中由于石墨烯上存在吸收物而对肖特基势垒高度的变化具有指数灵敏度的传感器或肖特基势垒是其整体组件的模拟器件是有希望的。
2012-03-23 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
Size Effect and Scaling in Quasi-static and Fatigue Fracture of Graphene Polymer Nanocomposites
本文研究了结构尺寸如何影响石墨烯聚合物纳米复合材料的准静态和疲劳行为，这是一个经常被忽视的话题。结果表明，这些材料的准静态和疲劳失效与结构尺寸呈非线性关系，这是由于石墨烯纳米改性引起的裂纹尖端前方存在显著的断裂过程区（FPZ）。这样一个复杂的尺寸效应和缩放在准静态或疲劳的情况下，不能描述的线性弹性断裂力学（LEFM），但可以很好地捕捉的尺寸效应定律（SEL），考虑FPZ。由于SEL，增强的准静态和疲劳断裂性能得到了适当的表征，并显示出与结构尺寸无关。此外，本文还比较了准静态断裂与疲劳断裂在形态和力学行为上的差异。本文报道的实验数据和分析分析对于深入理解聚合物基纳米复合材料甚至其他准脆性材料（例如，纤维增强聚合物或其与纳米颗粒的混合物等），并进一步推进能够捕获在各种载荷条件下材料的尺寸依赖性断裂的计算模型的开发。
2023-03-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Atomically Thin Resonant Tunnel Diodes built from Synthetic van der Waals Heterostructures
二维范德华材料的垂直整合，预计会导致新的电子和光学性能没有发现在组成层。在此，我们将石墨烯与单层过渡金属二卤代化合物MoS 2，MoSe 2和WSe 2相结合，直接合成了两种独特的原子级薄的多结异质结构。MoS 2-WSe 2-Graphene和WSe 2-MoSe 2-Graphene异质结构的实现导致了原子级薄叠层中的共振隧穿，并具有光谱窄的室温负微分电阻特性。
2015-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Interatomic Potential Choice on Fracture Modes of Graphene with Parallel Cracks
Pukyong National University（釜庆国立大学）；Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；Universidade Estadual de Campinas（坎皮纳斯州立大学）
研究原子间势能对含平行裂纹石墨烯断裂模式的影响，发现AIREBO势能预测峰值应力更低，导致能量吸收减少，凸显势能选择的重要性。
2026-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Properties and Fracture Patterns of Graphene (Graphitic) Nanowiggles
石墨烯纳米带（GNW）是通过在原始石墨烯纳米带中进行交替的规则切割而获得的基于石墨烯的纳米结构。GNW是最近合成的，并且已经证明它们通过改变它们的形状而表现出可调的电子和磁性。在这里，我们已经研究了大量的不同形状和大小的GNW的机械性能和断裂模式，使用完全原子反应分子动力学模拟。我们的研究结果表明，GNW的力学性能是强烈依赖于它的形状和大小，作为一个总的趋势，窄片有更大的极限强度和杨氏模量比宽的。根据GNW的形状，估计的杨氏模量值在~ 100-1000 GPa范围内，极限强度在~ 20-110 GPa范围内。此外，应变下的超韧性行为观察到的一些结构。
2017-02-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
On the Thermomechanical Properties and Fracture Patterns of the Novel Nonbenzenoid Carbon Allotrope (Biphenylene Network): A Reactive Molecular Dynamics Study
University of Brasília（巴西利亚大学）
本研究通过ReaxFF分子动力学模拟，探究新型二维碳同素异形体联苯网络（BPN）的热机械性能与断裂模式，揭示其拉伸过程的多形貌转变及与石墨烯的性能异同。
2021-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable Josephson diodes in magic-angle twisted bilayer graphene
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；University of Hamburg（汉堡大学）；University of Würzburg（维尔茨堡大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；University of Vienna（维也纳大学）
通过测量魔角扭曲双层石墨烯中两个相邻的门定义约瑟夫森结，发现显著的门可调约瑟夫森二极管效应，归因于大动能电感和非均匀超流分布，并可通过栅压调控二极管效率和极性。
2025-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiscale mechanics of thermal gradient coupled graphene fracture: A molecular dynamics study
本研究通过非平衡分子动力学模拟，探究热梯度下石墨烯断裂的力学行为，发现断裂应力与裂纹长度非线性相关，并验证了MLIP势的适用性，为石墨烯非平衡断裂研究提供新视角。
2023-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Multicolor Graphene Nanoribbon/Semiconductor Nanowire Heterojunction Light-Emitting Diodes
本文首次报道了一种新型的石墨烯纳米管（GNR）/半导体纳米线（SNW）异质结发光二极管。GNR和SNW具有面对面的接触结构，具有较大的有源区的优点。在我们的情况下，采用ZnO，CdS和CdSe纳米线。在正向偏压下，GNR/SNW异质结LED可以发射波长从紫外（380 nm）到绿光（513 nm）再到红光（705 nm）的光，这取决于所涉及的SNW的带隙。讨论了GNR/SNW异质结LED的发光机理。我们的方法可以很容易地扩展到其他半导体纳米材料。此外，我们的成就打开了下一代显示技术的大门，包括便携式，“透视”和舒适的产品。
2011-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
ReS2/h-BN/Graphene Heterostructure Based Multifunctional Devices: Tunnelling Diodes, FETs, Logic Gates & Memory
我们研究了一个二维（2D）异质结构组成的几层直接带隙ReS 2，一个薄的h-BN层和单层石墨烯应用于各种电子器件。具有二维（2D）范德华（vdW）异质结构的金属-绝缘体-半导体（MIS）型器件最近被研究为实现模拟和数字电子学中的各种多功能器件应用的重要组件。ReS 2/h-BN/graphene隧道二极管具有理想因子低、电特性与温度无关的光调谐整流特性。这些器件的性能类似于用于逻辑门应用的传统MIS型隧道二极管。此外，类似的垂直异质结构被示出为在具有低阈值电压的场效应晶体管和具有大存储器栅极的存储器器件中操作，以用于未来的多功能器件应用。
2020-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Exploring the Elastic Properties and Fracture Patterns of Me-Graphene Monolayers and Nanotubes through Reactive Molecular Dynamics Simulations
University of Brasília（巴西利亚大学）；Federal Institute of Education, Science and Technology of Piauí – IFPI（皮奥伊联邦教育、科学和技术学院）；Applied Physics Department, “Gleb Wataghin” Institute of Physics - IFGW, University of Campinas – UNICAMP（坎皮纳斯大学格莱布·瓦塔金物理研究所应用物理系）；Department of Physics, Federal University of Piauí（皮奥伊联邦大学物理系）；Center for Computing in Engineering & Sciences, Unicamp（坎皮纳斯大学工程与科学计算中心）；University of Brasília, Institute of Physics（巴西利亚大学物理研究所）
本研究利用Tersoff力场的反应分子动力学模拟，探究新型二维碳同素异形体Me-Graphene单层及纳米管的力学性能与断裂模式，明确了其杨氏模量范围及无塑性阶段的直接断裂特性。
2023-10-23 cond-mat.mes-hall 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
Geometry-Dependent Crack Interaction and Toughening in Graphene
Pukyong National University（釜庆国立大学）；Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)（坎皮纳斯州立大学）
研究通过计算模拟探讨了石墨烯中平行裂纹的裂纹宽度和裂纹间距耦合效应，发现增大裂纹宽度会增强机械性能对裂纹间距的敏感性，从而显著提高峰值应力、断裂应变和韧性，提出了裂纹几何设计图以识别裂纹凝聚、独立传播和增强韧性区域。
2026-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inducing a topological transition in graphene nanoribbons superlattices by external strain
扶手椅型石墨烯纳米带在形成超晶格时，可以分为不同的拓扑相，有或没有边缘状态。通过紧束缚和经典分子动力学模拟，我们研究了这些超晶格的电子和力学性质。MD表明，调制超晶格的断裂是脆性的，为未调制的带，发生在较薄的区域，与交错超晶格实现更大的断裂应变。我们发现了一个一般的机制，以诱导与应变的拓扑转变，有关的电子性质的超晶格的每一段，并通过研究亚晶格极化，我们能够描述的过渡和这些国家的应变的响应。对于这里详细研究的情况，拓扑转变发生在$\sim$ 3-5 \%应变，远低于断裂应变。超晶格的拓扑状态-如果存在的话-即使接近断裂也对应变是鲁棒的。与在石墨烯纳米带的锯齿形边缘中发现的零能量边缘状态不同，超晶格状态显示出即使在真实空间中也对无序特别不敏感的特征。
2021-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
A back-to-back diode model applied to MoS2 van der Waals Schottky diodes
本研究提出双肖特基势垒模型，可通过室温两端电流-电压测量从带石墨烯接触的MoS₂晶体管中提取符合肖特基-莫特规则的势垒高度，还能原位调控势垒，验证了背靠背二极管模型对全范德华晶体管二极管特性的表征能力。
2024-02-06 cond-mat.mes-hall 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
Graphite based Schottky diodes formed on Si, GaAs and 4H-SiC substrates
我们证明了半金属石墨/半导体肖特基势垒的形成，其中半导体是硅（Si），砷化镓（GaAs）或4 H-碳化硅（4 H-SiC）。在室温附近，正向偏置二极管的特性很好地描述了电子发射，和提取的势垒高度，这是由电容电压测量确认，大致遵循肖特基-莫特关系。由于石墨电极的最外层是单个石墨烯片，我们预计石墨烯/半导体屏障将表现出类似的行为。
2009-10-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Mechanical Properties and Fracture Dynamics of Silicene Membranes
随着石墨烯成为当今最重要的材料之一，人们对其他类似结构重新产生了兴趣。一个例子是硅烯，石墨烯的硅类似物。它具有一些显著的石墨烯性质，如狄拉克锥，但也有一些独特的性质，如明显的结构屈曲。我们通过基于密度泛函的紧束缚（DFTB）以及反应性分子动力学（使用ReaxFF）研究了悬浮单层硅烯的机械性能。我们计算了弹性常数，分析了断裂模式和边缘重建。讨论了应力分布、失稳机制和断裂对温度的依赖性。我们分析了由于不同的边缘形态，即锯齿形和扶手椅的差异。
2014-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Highly Deformable Graphene Kirigami
石墨烯优异的机械性能，包括其已知的最高刚度（1 TPa）和强度（100 GPa），已被用于各种结构应用。然而，石墨烯也被认为是相当脆的，实验测量的拉伸断裂应变不超过百分之几。在这项工作中，我们引入了石墨烯kirigami的概念，其中几乎完全用于宏观结构的概念被应用于显着提高锯齿形和扶手椅石墨烯的拉伸性。具体而言，我们使用经典的分子动力学模拟，石墨烯的屈服和断裂应变可以提高约三倍，使用kirigami相比，标准单层石墨烯。石墨烯的这种增强的延展性不仅在机械上，而且在与石墨烯的电子行为的耦合方面，都应该开辟有趣的机会。
2014-07-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermomechanical Insight into the Stability of Nanoporous Graphene Membranes
University of Brasília（巴西利亚大学）
本研究通过ReaxFF分子动力学模拟，探究不同孔径的多孔n-Benzo-CMPs膜的力学与热稳定性，发现其热稳定温度低于石墨烯，断裂应变随孔径增大而升高，临界拉伸强度仅取决于孔径。
2020-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain shielding from mechanically-activated covalent bond formation in nanoindentation
理想晶体的机械失效由弹性不稳定性或软模不稳定性决定。我们表明，石墨烯的纳米压痕实验\cite{lee2008measurement, lee2013high}的基础上，理想的强度测量，但是，表明一个异常：推断的应变下的金刚石压头在故障负载是非常大的断裂应变预测的软模式分析或声学分析。在这里，我们提出了一个系统的调查-基于多尺度建模相结合的连续，原子和量子计算的结果;和实验分析-确定负责断裂应变之间的异常差异的操作机制。我们认为，由于机械活化的共价键形成在石墨烯压头接口的应变屏蔽效应是负责这种异常。使用有限元分析（FEA）和MD模拟的纳米压痕实验，我们明确地表明，在石墨烯压头界面的键合相互作用基本上分散（屏蔽）压头下的应变，防止应变的加剧。我们的计算表明，应变屏蔽的程度取决于在压头表面的氢覆盖率，并在最佳的氢覆盖率，应变屏蔽效应可以延迟实验观察到的压痕载荷和深度的断裂的发生。
2014-09-22 cond-mat.mtrl-sci
MIM-Diode-Like Rectification in Lateral 1T/1H/1T-MoS$_2$ Homojunctions via Interfacial Dipole Engineering
本文通过第一性原理计算证明非对称1T/1H界面电荷转移形成的界面偶极子使横向1T/1H/1T-MoS$_2$同质结产生类MIM二极管整流，确立了单材料二维平面内整流平台及界面偶极子工程通用策略。
2025-09-22 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
Chiral-Dependent Tensile Mechanics of Graphene
我们报道了石墨烯拉伸力学的分子动力学研究，将拉伸方向从扶手椅方向逐渐旋转到锯齿方向，覆盖了迄今为止从未探索过的手性方向的完整范围。我们观察到单调增加的拉伸强度和应变的手性（旋转）角的增加。关键特征是它们的手征角高达~12°的变化可以忽略不计，并且随后迅速增加，并且这种模式适用于这里检查的所有温度（100-700 K）。考虑到石墨烯的拓扑一致性（断裂线）断裂，我们提出了一个统一的断裂模型，成功地再现了模拟结果，并解释了它们的物理起源。值得注意的是，我们发现，石墨烯的弹性应力是准各向同性的所有手性方向相反，其各向异性的断裂行为。通过石墨烯的压痕模拟，我们证明了我们在单轴（1D）拉伸系统中建立的理论基础也适用于2D拉伸系统。
2013-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature Effects on the Fracture Dynamics and Elastic Properties of Popgraphene Membranes
Popgraphene（PopG）是一种由$5-8-5$碳环构成的新型二维平面碳同素异形体。PopG本质上是金属，具有优异的热稳定性和机械稳定性。在这项工作中，我们报告了一个详细的研究热效应的机械性能的PopG膜使用全原子反应（ReaxFF）分子动力学模拟。我们的研究结果表明，PopG呈现出非常明显的断裂机制，这取决于温度和方向的应用拉伸。主要的断裂动力学趋势是温度无关的，并表现出突然断裂，然后快速裂纹扩展。这种各向异性的原因是由于y方向拉伸导致环的形状变形，这导致五边形-八边形和五边形-五边形环连接中的键断裂，这在x方向上没有观察到。PopG的刚性低于石墨烯膜，但杨氏模量值仅小15%。
2020-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Large spin signal and spin rectification in folded-bilayer graphene
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）；University of Manchester（曼彻斯特大学）
折叠双层石墨烯实现大自旋信号和高效自旋整流，为二维自旋电子器件发展提供新平台
2026-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Role of crystal lattice structure in predicting fracture toughness
通过数值模拟和脆性晶体电学模拟的解析分析，研究了材料抗破坏能力的原子尺度依赖性。我们发现，断裂韧性取决于晶格几何形状的方式不兼容格里菲斯的关系断裂和自由表面能。它的价值在于工程尺度上的连续位移场与原子尺度上固体的离散性质之间的匹配。裂纹尖端附近的这个字段所采取的通用渐近形式提供了这种匹配的解决方案，并随后从应用到石墨烯的原子参数预测韧性的方法。
2020-01-10 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Multistate ferroelectric diodes with high electroresistance based on van der Waals heterostructures
本研究基于10 nm厚CuInP₂S₆与石墨烯的垂直异质结构建铁电二极管，实现约10⁶的高电阻比等优异性能，可稳定多比特存储，有望用于存算一体与神经形态计算。
2024-07-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mechanical and Structural Properties of Graphene-like Carbon Nitride Sheets
氮化碳基纳米结构由于其优异的机电性能而引起了理论和实验的广泛关注。在这项工作中，我们研究了一些石墨烯类氮化碳膜的机械性能，通过完全原子反应分子动力学模拟。我们分析了这些CN家族的三种不同结构，即所谓的石墨烯基g-CN、三嗪基g-C3 N4和七嗪基g-C3 N4。在10 K、300 K和600 K三种温度下，研究了这些膜在两个主轴方向上的拉伸动力学。我们发现，g-CN膜具有最低的极限断裂应变值，其次是庚嗪基和三嗪基的，分别。这种行为可以用它们在密度值、拓扑结构和化学键类型方面的差异来解释。还讨论了拉伸方向上的断裂模式的依赖性。
2016-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A new multiscale modeling approach to unravel the influence of interlayer sp3 bonds on the nonlinear large-deformation and fracture behaviors of 2D carbon nanostructures under tension
Ludong University（鲁东大学）
本文提出了一种多尺度建模方法，用于研究二维碳纳米结构在拉伸下的非线性大变形和断裂行为，揭示层间sp3键对其性能的影响。
2025-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Strength Characteristics of Tilt Grain Boundaries in Graphene
利用分子动力学模拟和第一性原理计算，我们研究了在金属衬底上CVD生长石墨烯过程中出现的石墨烯片倾斜晶界的结构和机械强度。令人惊讶的是，我们发现，对于在Z字形和扶手椅取向附近的倾斜边界，具有5-7个缺陷对的较高密度的大角度边界比每单位长度由较少缺陷组成的小角度边界更强。有趣的是，我们的结果中的趋势不能用连续格里菲斯型断裂力学标准来解释，该标准预测相反的趋势，因为它没有考虑到导致失效机制的关键键。我们已经确定了高应变的债券在7元环，导致失败的片材，我们已经发现，大角度的边界能够更好地适应应变7环。我们的研究结果为设计生长方法提供了指导，以获得强度接近原始石墨烯的晶界结构。
2010-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Properties of bilayer graphene-like Si$_{2}$C$_{14}$ semiconductor using first-principle calculations
我们从理论上研究了硅掺杂的双层石墨烯，Si-BLG，具有不同化学计量的Si-BLG结构。在较低的Si原子浓度比下，发现C-Si原子的悬挂键，从而导致结构中出现sp $^3$杂化的屈曲图样。含悬挂键的Si-BLG在低应变下表现出较强的力学响应，在低应变比下出现断裂应变。sp $^3$ -杂化形成小的带隙，其引起系统的中间热和光学响应。相反，在较高的Si浓度比，杨氏模量和断裂应变增加相比，低Si浓度比。这是由于存在大量的C-Si键，其在单轴载荷下具有高耐受性。此外，一个相对较大的带隙或价带和导带之间的重叠被发现取决于Si配置。在有间隙的Si-BLG的存在下，热响应和光学响应都很高。因此，我们获得了高的塞贝克系数和具有低电子热导率的品质因数，这对于热电纳米器件是有用的，并且在可见光范围内获得了红移的光学响应的增强。
2020-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Indium Oxide at the Epitaxial Graphene/SiC Interface: Synthesis, Structure, Properties, and Devices
本研究通过外延石墨烯/SiC界面插层合成新型单层2D电介质InO₂，调控其厚度并解释单层优先形成机制，发现其带隙特性，验证其使EG/n-SiC结转变为高性能肖特基结，为2D电介质家族添新成员并展现器件应用潜力。
2025-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Transverse field effect in graphene ribbons
结果表明，石墨烯带，碳单层的弹道带，可以作为量子线，其电子性质可以连续和可逆地控制由外部施加的横向电压。扶手椅边缘带的电子带经历了剧烈的转变：费米表面断裂，费米速度和有效质量变化符号，激发间隙被横向场减小。这些影响表现在电导平台，范霍夫奇点，热电，和激活的运输。对一维能带的控制有助于增强电子关联效应，并可用于器件应用。
2007-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Yielding and jerky plasticity of tilt grain boundaries in high-temperature graphene
石墨烯以其结合脆性和延展性的非凡机械性能而闻名。虽然大多数石墨烯的力学研究集中在强度和脆性断裂行为，但其延展性，塑性形变和可能的脆韧性转变，这对高温机械性能和应用很重要，仍然知之甚少。在这里，石墨烯晶界的机械响应和变形动力学研究通过相场晶体模拟，显示温度和局部位错结构的关键影响。我们的研究结果表明，即使在相对较高的温度（约3350 K），该系统仍然是由脆性断裂和开裂动力学发现在以前的低温实验和原子的研究。我们还确定了另一种类型的故障动力学与低角度晶界解体。当温度升高时，预测到向塑性形变的转变。高温塑性流动的出现，特别是急动塑性现象，是由于位错在晶界附近的粘滞和攀滑运动。相应的机制是内在的二维系统，并由累积的局部应力和缺陷钉扎效应的驱动力之间的竞争，没有传统的三维材料中所需的位错生成途径。
2021-12-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Mechanical Properties and Fracture Patterns of Pentagraphene Membranes
最近提出了一种新的二维碳同素异形体，称为五元环戊二烯（PG）。PG表现出机械和电子有趣的性质，包括半导体材料的典型带隙值。PG具有非共面五边形的Cairo平铺状2D晶格，其力学性能尚未得到充分研究。在这项工作中，我们结合密度泛函理论（DFT）计算和反应分子动力学（MD）模拟研究拉伸应变下PG膜的力学性能和断裂模式。我们发现，PG膜可以容纳高达20%的应变，断裂发生后，大量的动态键断裂和形成的7，8和11碳环和碳链。观察到的应力-应变行为遵循两个制度，一个表现出线性弹性，然后是塑性的，涉及碳原子再杂化与碳环和碳链的形成。我们的研究结果还表明，从PG到石墨烯的机械诱导结构转变不太可能发生，与文献中先前推测的相反。
2017-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical relaxation and fracture of phase field crystals
针对相场晶体（PFC）动力学缺乏描述材料系统快速力学松弛机制的局限性，提出了一种研究PFC力学响应和断裂行为的计算方法。该方法是基于一个简单的插值计划PFC（IPFC）利用位移场的条件，以满足当地的弹性平衡，同时保留原始PFC模型的关键特性。我们进行了一个系统的力学性能的样品nanoriginates系统的蜂窝晶格对称性进行单轴拉伸，数值验证的IPFC计划和比较与原来的PFC和修改后的PFC方法。力学响应的结果，在弹性和断裂制度，在不同的系统尺寸和施加的应变率，由于其有效的过程中的机械平衡的IPFC方法的优势和效率。在IPFC计算中获得了脆性断裂行为，其中系统温度和手性对断裂强度和杨氏模量的影响也被确定，结果与先前石墨烯原子模拟中发现的结果一致。IPFC计划是通用的，适用于使用不同类型的PFC自由能泛函设计的各种材料系统的力学研究。
2018-11-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The organic functional group effect on the electronic structure of graphene nano-ribbon: A first-principles study
采用第一性原理研究了有机官能团（CH 2C 6 H5）对石墨烯纳米带（aGNRs-f）电子结构的影响，发现CH 2C 6 H5官能团在带隙中不产生任何电子态，带隙为直接带隙.通过改变有机官能团的密度和aGNRs-f的宽度，带隙调谐通过副作用表现出精细的三族行为。同时，当CH_2C_6 H_5浓度较大时，导带底和价带顶的载流子分布在CH_2C_6 H_5和aGNR区，反之，导带底和价带顶的载流子主要分布在aGNR区。带隙调制效应使aGNRs-f成为具有高量子效率的良好候选物，并且由于直接带隙和小的载流子有效质量，对于激光器、发光二极管和光电检测器，具有从750至93924 nm的更多波长选择。
2013-05-23 cond-mat.mtrl-sci
A Molecular Dynamics Investigation of Mechanical Properties of Graphene Reinforced Iron Composite and The Effect of Vacancy Defect Distance from the Matrix-Fiber Interface
石墨烯是一种具有优异机械性能的材料，这使其成为增强金属的理想纤维。由于铁是世界上使用最多的金属，因此用石墨烯增强铁可以降低任何需要强度的应用中对材料的总体要求。然而，石墨烯增强对铁的机械性能的影响需要在复合材料的工业应用之前知道。本文采用分子动力学（MD）方法研究了石墨烯增强铁基复合材料在不同条件下的力学性能。通过对模型化的代表性体积单元（RVE）施加单轴拉伸来研究其性能。还研究了温度对复合材料的机械性能的影响，因为制造具有在宽温度范围内操作的复合材料的产品需要这些知识。MD分析还表明，断裂起始于基体-纤维界面。我们还研究了空位缺陷距基体-纤维界面的距离如何影响复合材料的力学性能，这可用于选择合适的制造工艺。结果表明，空位缺陷越靠近界面，强度降低的程度越大。
2020-10-01 cond-mat.mtrl-sci
High performance current and spin diode of atomic carbon chain between transversely symmetric ribbon electrodes
我们证明，巨大的电流和高自旋整流比，可以实现在原子碳链设备之间连接两个对称的铁磁的石墨烯纳米电极。用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法对自旋相关输运进行了模拟。研究发现，纳米带和碳链中电子波函数的横向对称性对自旋输运模是至关重要的。在两个电极的平行磁化结构中，在线性和非线性区域都观察到纯自旋电流。然而，在反平行配置中，在正（负）电压偏置下禁止上自旋（下自旋）电流，这导致104阶的自旋整流比。当用硼原子取代边缘碳原子以抑制其中一个电极中的边缘磁化时，我们获得了电流整流比超过10e6的二极管。
2014-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Design with Parallel Cracks: Abnormal Crack Coalescence and Its Impact on Mechanical Properties
Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Universidade Estadual de Campinas（坎皮纳斯州立大学）
本研究通过分子动力学模拟探讨了石墨烯中平行裂纹的相互作用及其对机械性能的影响，发现裂纹合并会降低结构强度，而增大裂纹间距可促进断裂行为从脆性向韧性转变。
2025-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Size effects in micro and nanoscale materials fracture
微米和纳米材料具有显著的机械性能，例如增强的强度和韧性，但通常显示样品到样品的波动和非平凡的尺寸效应，这对工程应用来说是一个麻烦，对科学来说是一个有趣的问题。在过去的几年里，由于越来越多的碳基纳米材料（如石墨烯碳纳米管）以及结晶和非晶微/纳米柱和微/纳米线的实验测量，我们对小尺度材料中尺寸效应的理解有了相当大的进展。与此同时，计算能力的提高使得原子模拟能够达到实验相关的样本量。从理论的角度来看，实验和计算数据的标准分析和解释依赖于几十年前为宏观样本开发的传统极值理论，最近的工作扩展了原始理论的一些限制性假设。在这篇综述中，我们讨论了最近的实验和数值文献的微观和纳米尺度的断裂尺寸效应，说明现有的理论指出其优点和局限性，最后提供了一个教程，从微观和纳米尺度样品的断裂数据分析。我们讨论了广泛的材料，但同时提供了一个统一的理论框架，应该有助于材料科学家在微观和纳米力学工作。
2022-06-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Unexpected large thermal rectification in asymmetric grain boundary of graphene
采用非平衡分子动力学（NEMD）方法研究了扶手椅型和锯齿型石墨烯之间的非对称倾斜晶界的晶格热输运。我们已经观察到显着的温度下降和超低的温度依赖的热边界电阻。更重要的是，我们发现了一个意想不到的热整流现象。热导率和Kapitza电导率是方向相关的。热整流效应可以通过增大两侧的温差来放大。我们的研究结果提出了一种有前途的热整流器和声子二极管的基础上多晶石墨烯没有微妙的操纵的原子结构。
2012-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Selective Molecular Sieving through Porous Graphene
膜作为选择性屏障，在细胞区室化和工业规模的化学和气体净化等过程中发挥重要作用。理想的膜应该尽可能薄以最大化通量，机械坚固以防止破裂，并且具有明确的孔径以增加选择性。石墨烯是开发尺寸选择性膜的极好起点，因为其原子厚度、高机械强度、相对惰性和对所有标准气体的不渗透性。然而，必须将可以排除较大分子但允许较小分子通过的孔引入材料中。在这里，我们展示了紫外线诱导的氧化蚀刻可以在微米级石墨烯膜中产生孔，并将所得膜用作分子筛。加压起泡测试和机械共振用于测量各种气体（H2、CO2、Ar、N2、CH4和SF6）通过孔的传输。实验测得的泄漏率，分离因子，拉曼光谱同意以及通过少量的埃大小的孔隙渗出模型的基础上。
2012-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphane as polyhydride of graphene. Computational synthesis applied to two-side membrane
最近，作者在研究碳纳米管和石墨烯之间的特殊复合材料的形成以及考虑在机械化学反应的适当过程中石墨烯片的拉伸变形和断裂时，证明了分子量子化学应用于基本石墨烯问题的巨大功效。在研究中获得的乐观的结果使得有可能将注意力从固态问题转移，并将石墨烷的形成视为原始分子的多步氢化。为了继续进行，我们必须回答以下问题：1）哪种氢吸附，即分子或原子，是最可能的; 2）什么是氢原子附着到衬底上的特征图像; 3）哪个碳原子（或原子）是经受氢连接的第一目标以及如何选择碳原子用于吸附的下一步骤; 4）环己烷的连续吸附模式与环己烷构象之间是否存在联系。在这种方式获得的第一个结果在当前的文件。计算是在非限制性对称破缺Hartree-Fock方法的框架内采用半经验AM 1方法进行的。
2011-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fully Atomistic Molecular Dynamics Simulations of Elastic Properties of Tetragraphene Monolayer
最近提出了一种称为tetrahexcarbon的准2D半导体碳同素异形体，也称为tetragraphene，具有结合正方形和六边形环的不寻常结构。基于第一性原理密度泛函理论（DFT）计算，预测了四石墨烯的力学和电子性质。然而，对其在不同温度下的力学行为的全面研究仍然缺乏。在这项工作中，使用完全原子反应分子动力学（MD）模拟，我们调查的单层四石墨烯拉伸应变下的力学性能从线性政权到完整的结构故障（断裂）。考虑了不同的温度，并将结果与其他两种已知的平面碳同素异形体：石墨烯和五石墨烯进行了比较。一个有趣的结果是，通过温度或张力的施加，四石墨烯经历了从结晶到无定形结构的转变。在室温下，四元石墨烯的两个正交晶胞方向的临界应变分别为38%和30%，高于石墨烯和五元石墨烯的临界应变。在室温下，四石墨烯沿其方向的杨氏模量值比石墨烯的杨氏模量值小三至六倍，并且是五石墨烯的杨氏模量值的约57%。沿两个方向的四石墨烯的极限拉伸强度值，也被证明是小于石墨烯和五石墨烯。
2022-07-20 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A molecular dynamics investigation of the mechanical properties of graphene nanochain
在本文中，我们研究，通过分子动力学模拟，一种新的碳纳米结构，称为石墨烯纳米链，通过缝合原始或扭曲的石墨烯纳米带（GNRs）和联锁所获得的纳米环构建的机械性能。得到的无缺陷纳米链的拉伸强度略低于原始GNRs，断裂点早于GNRs。分析了组成GNRs的长度、宽度和扭转角对力学性能的影响。此外，缺陷效应进行了研究，并在一些高缺陷覆盖率的情况下，观察到一个有趣的机械强化的行为。这种结构支持长缆制造的概念，并且可以通过将纳米链与其他纳米复合材料集成来实现新材料设计。用于构建纳米链的技术在实验上是可行的，其灵感来自于具有复杂结构的GNR的原子精确制造的最近演示[Phys. Rev. Lett，2009，\textbf{102}，205501; Nano Lett.，2010，\textbf{10}，4328; Nature，2010，\textbf{466}，470]
2012-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
High Mobility WSe2 p- and n-Type Field Effect Transistors Contacted by Highly Doped Graphene for Low-Resistance Contacts
我们报告了具有六方氮化硼钝化沟道和离子液体（IL）栅控石墨烯接触的n型和p型WSe 2场效应晶体管的制造。我们的输运测量揭示了本征沟道特性，包括在接近量子电导e2/h的特征电导率下的金属-绝缘体转变，在170 K下>107的高ON/OFF比，以及在160 K下约200 cm 2 V-1 s-1的大电子和空穴迁移率。将温度降低到77 K将电子的迁移率提高到~330 cm 2 V-1 s-1，将空穴的迁移率提高到~270 cm 2 V-1 s-1。我们将我们观察电子和空穴通道中的固有声子限制传导的能力归因于使用IL门控的通道和石墨烯接触电极之间的肖特基势垒的急剧减少。我们通过研究由单个石墨烯/WSe 2肖特基结组成的肖特基二极管来阐明这一过程。我们的研究结果表明，利用化学或静电高度掺杂的石墨烯的多功能，灵活和透明的低电阻欧姆接触到广泛的准二维半导体的可能性。关键词：MoS 2，WSe 2，场效应晶体管，石墨烯，肖特基势垒，离子液体栅
2014-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switchable giant room-temperature nonlinear Hall effect in Bilayer Graphene
University of Geneva（日内瓦大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）
该研究在双离子栅控双层石墨烯器件中观测到可切换的巨量室温非线性霍尔效应，其性能远超同类室温器件，为无结非线性技术提供了理想平台。
2026-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
