Thermal rippling behavior of graphane
采用大尺度原子模拟方法研究了单层氢化石墨烯的热涨落。通过分析不同体系尺寸和温度下高度涨落的均方值$<h^2>$和高度-高度关联函数$H(q)$，我们发现氢化石墨烯是一个无波纹的体系。高度波动是有界的，这是由$ H(q) $倾向于在长波长极限的常数，而不是显示膜理论预测的特征标度律$ q^{4-η} (η\simeq 0.85)$确认。这种出乎意料的行为持续到至少900 K的温度，并且是以下事实的结果：在石墨烷中，热能可以通过面内弯曲模式（即，涉及弯曲碳层中的C-C-C键角的模式）来调节，而不是导致石墨烯中发生的显著的面外波动。
2012-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Rippling, buckling and melting of single- and multi-layer MoS$_2$
采用反应性经验键级力场方法对单层和多层二硫化钼（MoS $_2$）的热学和力学性质进行了大规模原子模拟.发现SL-MoS $_2$的本征波纹的振幅小于石墨烯（GE）所表现出的振幅。此外，由于层间的范德华相互作用，ML-MoS $_2$的面外热涨落随着层数的增加而迅速减小。这种趋势通过由于单轴应力引起的屈曲转变来证实，与石墨烯相比，单轴应力发生在显著更大的施加张力下。对于SL-MoS $_2$，熔融温度估计为3700 ° K，其通过二聚化发生，随后形成由2至5个原子组成的小分子。当在SL-MoS $_2$中插入不同类型的空位时，其导致熔融温度以及刚度两者的降低。
2014-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Rippling Instabilities in Suspended Nanoribbons
形态介导的结构和电子输运之间的相互作用，在原子级薄的纳米带，如石墨烯的边缘应力的松弛发生优先通过面外偏转。在我们在这里研究的末端支撑悬浮纳米带的情况下，过去的实验和计算已经确定了一系列的平衡形态，特别是石墨烯薄片，但对其相对稳定性的统一理解仍然难以捉摸。在这里，我们采用原子尺度的模拟和基于各向同性弹性板理论的复合框架，绘制出悬浮纳米带的形态稳定性空间相对于内在（带状弹性）和工程（带状几何形状）参数，以及边缘和身体驱动的组合。计算突出了一个丰富的形态形状空间，可以自然地分为两个竞争的形状，弯曲状和扭曲状，这取决于整个相互作用的边缘的波纹的分布。线性化的弹性框架产生这些波纹形状的精确解。对于压缩边缘应力，体应变作为控制其相对稳定性的关键变量出现，并且在极端情况下稳定共存的横向波纹。拉伸边缘应力导致带芯内的凹窝，凹窝衰减到边缘，这是可拉伸纳米电子学的明显重要特征。几何和力学之间的相互作用，我们报告应作为一个关键的输入，量化沿这些带状运输。
2011-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Machine Learning Potential for Hexagonal Boron Nitride Applied to Thermally and Mechanically Induced Rippling
本文基于高斯近似势（Gaussian Approximation Potential，GAP）机器学习方法，引入了六方氮化硼（hBN）的原子间相互作用势。潜在的是基于训练集的配置收集从密度泛函理论（DFT）模拟，并能够处理散装和多层hBN以及纳米管的任意手性。开发的力场忠实地再现了由DFT预测的势能面，同时提高了几个数量级的效率。我们测试我们的潜力，通过比较形成能，几何性质，声子色散谱和力学性能与基准DFT计算和实验。此外，我们使用我们的模型和最近开发的石墨烯-GAP来分析和比较大规模二维（2D）hBN和石墨烯中的热和机械诱导的波纹。这两种材料显示出几乎相同的缩放行为的指数$η\approx 0.85$的高度波动同意与柔性膜的理论。然而，基于其较低的抗弯曲性，hBN在零和有限施加的外部应变下都经历稍大的面外偏差。压缩时，观察到从非相干波纹运动到孤子波纹的相变的两种材料。我们的潜力可在[http://www.libatoms.org]上免费获取。
2020-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of graphene's dynamic ripples by local harmonic out-of-plane excitation
使用精心设计的分子动力学模拟，我们演示了通过施加局部面外正弦激励来调谐自支撑石墨烯中的动态波纹。根据边界条件和外部调制，我们显示控制的本地动态形态，包括平坦化和稳定的波纹图案。除了研究原子薄层对外部时变激励的动态响应外，我们的研究结果还为通过局部动态形态控制来调制其特性提供了有趣的可能性。
2012-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Irreversibility in response to forces acting on graphene sheets
石墨烯片中的波纹的量与与衬底或与悬浮结构的相互作用有关。在这里，我们报告了对作用于悬浮石墨烯片的力的反应的不可逆性。这可以解释为什么人们总是在悬浮的石墨烯上观察到波纹结构。我们表明，压缩-松弛机制产生静态波纹的石墨烯片，并确定一个特殊的温度$T_c$，使$T<T_c$的自由能的波纹石墨烯小于粗糙的石墨烯。我们还表明，$T_c$依赖于结构参数，并随着样本量的增加而增加。
2010-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Gaussian Stiffness of Graphene deduced from a Continuum Model based on Molecular Dynamics Potentials
我们考虑具有原子相互作用的石墨烯片的离散模型，该模型由第二代布伦纳势的谐波近似控制，该势取决于键长、键角和两种类型的二面角。一个连续极限，然后推导出充分描述的弯曲行为。特别是，我们推导出第一次的高斯刚度，一个几乎没有调查的参数统治的波纹的石墨烯，其中矛盾的值已在文献中提出的解析表达式。我们揭示了原子尺度的弯曲和高斯刚度的来源，并为他们提供定量评价。
2017-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Melting and Rippling Phenomenan in Two Dimensional Crystals with localized bonding
我们计算均方根（RMS）偏离平衡的原子在一个二维晶体与本地（例如共价键）之间的近邻键合。大规模的Monte Carlo计算结果与谐波近似下的分析结果吻合得很好。当运动被限制在平面上时，我们发现随着晶体越来越大，原子围绕其平衡位置的波动缓慢（对数）增加。我们考虑到垂直于晶格平面的波动，表现为起伏的波纹，通过检查双层系统与层之间的耦合，以赋予局部刚性（即在石墨烯片中，由于其有限的厚度而变硬）。令人惊讶的是，我们发现一个快速的发散与系统的大小增加的垂直均方差，独立的面间耦合的强度。我们认为一个有吸引力的耦合到一个平面基板，发现即使是一个弱的吸引力显着限制的振幅和平均波长的波纹。我们验证我们的结果是通用的，通过检查各种不同的几何形状，在每种情况下获得相同的现象。
2010-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Ripples in graphene: A variational approach
观察到悬浮的石墨烯样品是轻微波纹状的，而不是平坦的。在[M. Friedrich，U.斯特凡内利石墨烯基态，arXiv：1802.05049]，我们已经检查到，这种非平面性可以严格描述的经典分子力学框架内的构型能量最小化。在那里，我们已经确定了所有的基态配置与石墨烯拓扑结构相对于类的次近邻相互作用能和分类的精细非平坦的几何形状。在这第二篇关于石墨烯非平坦性的论文中，我们进一步完善了分析，并证明了波图案的出现。在[M]的框架内移动。Friedrich，U.斯特凡内利石墨烯基态，arXiv：1802.05049]，石墨烯中的波纹形成被简化为一维链的二维问题。具体来说，我们表明，几乎极小的组态能量发展波具有特定的波长，独立的样品的大小。这与实验和模拟结果非常吻合。
2020-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Creating One-dimensional Nanoscale Periodic Ripples in a Continuous Mosaic Graphene Monolayer
在以前的研究中，很难实现波长为几纳米的周期性石墨烯波纹。在这里，我们表明，一维周期性石墨烯波纹的波长从2纳米到几十纳米，可以实现在本征区域的连续马赛克，局部N掺杂，石墨烯单层，同时使用热应变工程和各向异性表面应力的铜基板。我们的结果表明，在本征和N掺杂区之间的边界处施加的约束在创建这些一维波纹中起着至关重要的作用。我们还表明，所观察到的波纹模式超出了连续介质力学的描述，由于石墨烯弯曲和拉伸变形的解耦。扫描隧道光谱测量表明，纳米波纹产生一个周期性的电子超晶格，并打开一个零能隙约130毫电子伏的石墨烯。这一结果可能为定制石墨烯的结构和电子性质铺平了一条简单的道路。
2014-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Defects in Graphene: Dislocations and Grain Boundaries
尽管有大量的实验观察，但石墨烯中的拓扑缺陷，位错和晶界仍然没有得到很好的理解。我们介绍了一种通用的方法，用于构建任意伯格斯矢量以及晶界，覆盖整个范围内的可能的取向差角的石墨烯位错。通过使用从头计算，我们调查这些拓扑缺陷的热力学和电子性质，发现积极有利的对称大角度晶界，强烈的倾向，在小角度制度的面外变形，和显着的影响，对电子结构。目前的研究结果表明，位错和晶界是石墨烯中重要的本征缺陷，可以用于工程石墨烯基纳米材料和功能器件。
2010-05-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect Engineering: Graphene Gets Designer Defects
一个扩展的一维缺陷，有可能作为一个导电线已被嵌入在另一个完美的石墨烯片。
2010-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-hexagonal-ring defects and structures induced by strain in graphene and in functionalized graphene
我们执行{ \textit从头计算}的应变诱导形成的非六方环缺陷的石墨烯，石墨烷（平面CH），和石墨烯酚（平面COH）。我们发现，最简单的这种拓扑缺陷，斯通-威尔士缺陷，作为种子的应变诱导的解离和倍增的拓扑缺陷。通过应用非均匀变形的石墨烯，graphane和graphenol与最初的小浓度的五边形和七边形环，我们得到了几个新的稳定的结构，拥有，在同一时间，大浓度的非六边形环（从四倍到十一倍）和小的形成能。
2012-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of layer number and layer stacking registry on the formation and quantification of defects in graphene
石墨烯样品中缺陷的正确定量对于基础研究和应用研究都是至关重要的。拉曼光谱代表了用于识别石墨烯中缺陷的最广泛使用的工具。然而，尽管其极其重要的拉曼特征和多层石墨烯样品中的缺陷量之间的关系尚未得到实验验证。在这项研究中，我们有意制造缺陷的单层石墨烯，乱层双层石墨烯和Bernal堆叠的双层石墨烯的氧等离子体。通过同位素标记，我们的研究揭示了等离子体处理对具有不同堆叠顺序的双层石墨烯中的各个层的影响的实质性差异。此外，拉曼光谱证据散射的声子在底层的缺陷在顶层的Bernal堆叠的样品，这通常会导致高估的缺陷的数量多达两倍。
2021-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structures of Graphene Layers on Metal Foil: Effect of Point Defects
在这里，我们报告了一种简便的方法来产生一个高密度的点缺陷在金属箔上的石墨烯，并显示点缺陷如何影响石墨烯层的电子结构。我们的扫描隧道显微镜（STM）的测量，辅以第一性原理计算，揭示了点缺陷的结果在两个谷间和谷内的石墨烯散射。由于散射的增强，缺陷附近区域的费米速度降低。此外，我们的分析进一步指出，周期性点缺陷可以通过引入显著的带隙来定制石墨烯的电子特性，这为全石墨烯电子学开辟了一条道路。
2013-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Midgap states and band gap modification in defective graphene/h-BN heterostructures
采用从头算和模型计算相结合的方法研究了石墨烯和六方氮化硼（h-BN）构成的范德华异质结构中缺陷的作用。尽管层之间的弱范德华相互作用，但存在于h-BN中的缺陷，例如碳杂质和反位缺陷，揭示了与石墨烯p $_{\rm z}$态的杂化，导致中间带隙态的形成。诱导的中间带隙状态修改石墨烯的输运性质，并可以通过一个简单有效的紧束缚模型再现。与碳缺陷相反，发现氧缺陷不与石墨烯的低能态强烈杂交。相反，氧极大地改变了石墨烯的带隙，石墨烯在h-BN晶格上以相称的堆叠出现。
2016-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Making Consistent Contacts to Graphene: Effect of Architecture and Growth Induced Defects
研究了接触结构、石墨烯缺陷密度和金属-半导体功函数差对金属-石墨烯接触电阻率的影响。发现在石墨烯底部具有金属的架构产生比石墨烯顶部的金属低4倍且最一致的折射率。发现石墨烯膜中的生长缺陷进一步将电阻率降低2倍。使用方法和所用金属的组合，使用钯作为接触金属，石墨烯的接触电阻率已经降低了10倍至1200 ± 250欧姆-μ m。虽然改进的一致性是由于金属能够接触底部架构上的金属中的未污染的石墨烯，但是在具有相同金属的有缺陷的石墨烯上观察到的较低的接触电阻率归因于沟道中量子传输模式的数量增加。
2016-01-04 cond-mat.mes-hall 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
Interplay between Nitrogen Dopants and Native Point Defects in Graphene
为了理解氮掺杂与石墨烯中本征点缺陷之间的相互作用，我们通过密度泛函理论计算研究了含空位和Stone-Wales（SW）缺陷的氮掺杂石墨烯的能量稳定性.我们的研究结果表明，N取代积极地倾向于发生在缺陷附近的碳原子，特别是那些网站具有较大的键缩短，表明缺陷引起的应变起着重要的作用，在有缺陷的石墨烯中的N掺杂剂的稳定性。在单空位的存在下，N掺杂剂的最稳定的位置是类吡啶配置，而对于其他点缺陷的研究（SW缺陷和双空位）N更喜欢在五边形环的网站。原生点缺陷对N掺杂剂的影响相当强：虽然N掺杂在无缺陷的石墨烯中是吸热的，但对于有缺陷的石墨烯，它变成放热的。我们的结果表明，本征点缺陷和N掺杂剂相互吸引，即，合作效应，这意味着替代N掺杂剂将增加点缺陷产生的概率，反之亦然。我们的研究结果支持最近的实验研究石墨烯的N掺杂。此外，我们指出了聚集的多个N掺杂剂附近的原生点缺陷的可能性。最后，我们对Fe吸附对N掺杂剂聚集稳定性的影响作了简要的评论。
2012-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-half paramagnetism in graphene induced by point defects
使用磁化测量，我们表明，在石墨烯的点缺陷-氟吸附原子和辐照缺陷（空位）-进行磁矩与自旋1/2。这两种类型的缺陷导致显着的顺磁性，但没有磁有序可以检测到液氦温度。诱导顺磁性主导了石墨烯的低温磁性，尽管我们可以实现的最大响应被限制在每大约1000个碳原子一个时刻。这种限制可以通过吸附原子的聚集来解释，并且对于空位的情况，通过失去石墨烯的结构稳定性来解释。
2012-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect-mediated spin relaxation and dephasing in graphene
开发石墨烯用于未来器件的主要动机是其对量子自旋电子学的承诺。超精细和自旋轨道相互作用预计在单层石墨烯中可以忽略不计。另一方面，自旋输运实验表明，石墨烯的自旋弛豫比预期快了几个数量级。我们提出了一种量子干涉测量，解开石墨烯中的磁性和非磁性退相干的来源。磁缺陷被证明是自旋弛豫的主要原因，而自旋轨道相互作用是不可检测的小。
2012-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lattice thermal conductivity of graphene with conventionally isotopic defects
研究了有限尺寸掺杂石墨烯片的热导率，重点研究了取代原子质量对热导率的影响。它表明，石墨烯掺杂的相对较重的原子的小浓度的结果在一个不成比例的令人印象深刻的下降晶格热导率。
2012-09-25 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
Defect-induced magnetism and Yu-Shiba-Rusinov states in twisted bilayer graphene
原子缺陷对石墨烯系统的低能性质有显著影响。通过第一性原理计算和紧束缚模型，我们提供的证据表明，化学杂质修改扭曲双层石墨烯的正常和超导状态。一个单一的氢原子连接到双层表面产生一个三点交叉，而自掺杂和三倍的破缺是由一个空位。这两种类型的缺陷导致时间反转击穿和局部磁矩的产生。氢诱导磁性也被发现存在于魔角石墨烯超晶格中出现超导性的掺杂水平。结果表明，超导有序和缺陷诱导磁性的共存在魔角扭曲双层石墨烯中产生了带隙Yu-Shiba-Rusinov激发。
2019-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of defects and geometry in the strength of polycrystalline graphene
固体中的缺陷通常限制材料的机械性能。然而，最近的测量报告说，石墨烯的非常高的强度几乎保留了晶界的存在。我们澄清在这项工作中，晶格缺陷的晶界和扭曲的几何形状，从而诱导定义的机械性能，其特征在于在特定的加载条件下。原子模拟和理论分析表明，拉伸试验测量面内强度，这是由缺陷引起的应力积累，而纳米压痕探针的压头尖端下的局部强度，并承担额外的几何效应从翘曲。这些发现阐明了石墨烯在实际载荷条件下的失效机制，并评估了上述技术在量化石墨烯强度方面的可行性，并表明低维材料的机械性能可以通过植入缺陷和它们导致的几何变形来调节。
2014-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Ultrahigh Stiffness of Defective Graphene from Atomistic Point of View
在低维材料中，宏观固体中点缺陷影响下的机械刚度退化的众所周知的效应可以有争议地逆转。使用原子模拟，我们在这里表明，单层石墨烯薄膜可以充分硬化的单空位缺陷在一个微小的浓度。我们的结果与最近的实验数据吻合良好，并表明机械刚度增加的效果主要来自于特定的键分布在周围的单空位缺陷区域。我们表明，这种不寻常的机械响应是存在特定单空位的特征，而其他类型的点缺陷，如双空位，555-777和Stone-Wales缺陷，导致石墨烯机械刚度的普通退化。
2015-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scattering of charge carriers by point defects in bilayer graphene
发展了双层石墨烯中大量手征费米子在径向对称势作用下的散射理论。结果表明，当电子波长远大于势半径时，散射截面与电子波长成正比。这导致迁移率与电子浓度无关。与单层的情况相比，中性和带电缺陷通常与双层石墨烯的电阻率同样相关。
2007-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the Nature of Defects in Liquid-Phase Exfoliated Graphene
液相剥离是大规模生产多层石墨烯分散体的最有前途的途径之一。可以用于涂料、复合材料或油漆的这些分散体被认为含有无无序的石墨烯多层。在这里，我们解决的缺陷的性质，在这样的样品中获得的石墨粉末在N-甲基-2-吡咯烷酮液相剥离。我们的拉曼光谱数据挑战的假设，这些多层是免费的散装缺陷，揭示了缺陷定位强烈依赖于超声处理时间。对于短的超声时间，缺陷主要位于层边缘，但是对于超过2小时的超声时间，它们在本体中积聚。这些知识可能有助于设计更好的策略来实现高质量的石墨烯分散体。
2014-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Embedded Ribbons of Graphene Allotropes: An Extended Defect Perspective
四种基本的二聚体操作可以用于在石墨烯中产生各种局部和扩展的缺陷结构。二维模板导致石墨烯同素异形体，在这里被视为扩展的缺陷，其可以表现出金属或半导体的电特性。\emph{Embedded allotropic ribbons} --即新同素异形体的薄带--也可以在石墨烯中产生。我们研究了这些带状物，发现它们保持了它们的母体同素异形体的电特性，即使只有几个原子的宽度。这样的扩展缺陷可以促进单片电子电路的构造。
2010-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Graphene Nanoengineering and the Inverse-Stone-Thrower-Wales Defect
我们分析了一个新的基本构建块单片纳米工程石墨烯：逆石投掷威尔士（ISTW）缺陷。ISTW是由一对连接的五边形碳环放置在一对七边形环之间形成的;众所周知的掷石者-威尔士（STW）缺陷也是相同的排列，但连接的是七边形环而不是五边形环。当用氢去除和钝化时，该结构构成新的分子，重氮烯，其可以被视为蒽上的ad-二聚体缺陷的结果。将重氮烯嵌入到蜂窝晶格中，研究了添加二聚体对平面石墨烯的影响。由于ISTW缺陷尚未被实验确定，我们研究了几种合成路线，并找到一个势垒仅略高于与吸附原子跳跃石墨烯。ISTW和STW缺陷可以被视为石墨烯上的单片结构的基本构建块。我们展示了如何在石墨烯表面上以水泡，气泡和脊的形式构建扩展的缺陷域，其长度尺度小至2埃乘7埃。我们在这些研究中的主要工具是密度泛函理论。
2010-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Randomly Distributed Asymmetric Stone-Wales Defect on Electronic and Transport Properties of Armchair Graphene Nanoribbon
利用紧束缚模型研究了扶手椅型石墨烯纳米颗粒（AGNR）上随机分布的Stone-Wales（SW）缺陷的电子和输运性质。我们使用四个不同的函数，作为分布函数，以产生我们的SW缺陷纳米带。结果发现，缺陷密度可以有一个主要的影响，我们的缺陷系统的电导，而其他配置，如缺陷取向将有助于较少。发现了一些特殊的几何构型，显示了有趣的电子和输运性质。这些特殊情况以及提供的其他数据可以用于设计石墨烯纳米带的带隙，电子特性和传输特性，以满足所需的目的。
2019-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Kondo Effect in Graphene with Defects
石墨烯是一种用于研究严格限制在二维层1中的电子的模型系统，并且已经在石墨烯中证明了大量的电子现象，从分数2，3量子霍尔效应到超导性4。然而，传导电子与局部磁矩的耦合，这是凝聚态物理的一个核心问题，在石墨烯中还没有实现，而且，考虑到碳缺乏d或f电子，石墨烯中的磁性似乎不太可能。尽管如此，在不存在过渡金属元素的情况下，石墨碳中的磁性已经被阐明7 -10，解释范围从晶格缺陷11到边缘结构12，13到石墨烯片的负曲率区域14。最近的实验表明，质子辐照引起的高度有序热解石墨（HOPG）中的相关缺陷9或原生于晶粒边界7，可以引起铁磁性。在这里，我们表明石墨烯中的点缺陷（空位）15是通过近藤效应与传导电子强烈相互作用的局部矩6，16-18，提供了石墨烯中的缺陷确实具有磁性的强有力证据。近藤温度TK是可调的载流子密度从30-90 K;高TK是一个直接的结果，强耦合的缺陷，传导电子在狄拉克材料18。结果表明，石墨烯中的缺陷工程可以用来产生和控制载流子介导的磁性，实现全碳自旋电子器件。此外，石墨烯应该是一个理想的系统，在其中探测近藤物理在一个广泛可调的电子系统。
2011-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualizing influence of point defects on electronic band structure of graphene
超原胞方法使我们能够处理缺陷晶体的电子结构，但由于不可避免的区域折叠，计算出的能带太复杂，无法理解或与角分辨光电子能谱进行比较。我们讨论了如何更有效地可视化超原胞能带结构，将它们展开的光谱权重和轨道分解。然后，我们应用这些想法，以获得更好的理解的能带结构的石墨烯含有各种类型的点缺陷，包括氮杂质，氢吸附物，和空位缺陷，以及斯通-威尔士缺陷。
2014-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Conductivity of Suspended Graphene with Defects
我们研究了悬浮石墨烯的热导率作为缺陷密度的函数，ND，以可控的方式引入。石墨烯层使用化学气相沉积合成，转移到透射电子显微镜网格上，并悬浮在约7.5微米大小的方孔上。通过用低能电子束（20 keV）照射石墨烯来诱导缺陷，并通过拉曼D-对-G峰强度比来量化缺陷。当缺陷密度从2.0 × 10^10 cm-2变化到1.8 × 10^11 cm-2时，热导率在室温附近从~（1.8+/-0.2 x10 ^3 W/mK降低到~（4.0+/-0.2 x10 ^2 W/mK。在较高的缺陷密度，热导率揭示了一个有趣的饱和行为在一个相对较高的值~400 W/mK。利用玻尔兹曼输运方程和分子动力学模拟分析了热导率与缺陷密度的关系。这些结果对于理解二维系统中声子-点缺陷散射以及石墨烯在热管理中的实际应用具有重要意义。
2016-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Valve Effect in ZigZag Graphene Nanoribbons by Defect Engineering
我们报告的可能性驱动的锯齿形石墨烯纳米带的边缘缺陷工程的自旋阀效应。基于平均场自旋不受限制的哈伯德模型，采用自洽方法计算了电子能带结构和电导分布。发现使用外部栅极在清洁的锯齿形石墨烯纳米带中触发超导体-金属转变，而在存在克莱因边缘缺陷的情况下，它产生自旋分裂带隙的闭合。这些特性可以用来制造新型的基于电荷和自旋的开关和场效应器件。
2009-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-invasive transmission electron microscopy of vacancy defects in graphene produced by ion irradiation
用高能离子辐照已被广泛建议作为工程化石墨烯性质的工具。实验表明，它确实对它的输运、磁性和机械特性有很大的影响。然而，使用离子辐照作为工程工具需要对所产生的缺陷的类型和详细特性的理解，这仍然是缺乏的，因为使用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）-唯一允许直接成像原子级缺陷的技术-经常在成像期间修改甚至产生缺陷，从而使得不可能确定固有的原子结构。在这里，我们表明，将所研究的石墨烯样品封装在另外两个（保护性）石墨烯片之间允许非侵入性HRTEM成像和原子级缺陷的可靠识别。使用这种简单的技术，我们证明了质子辐照石墨烯产生重建的单空位，这解释了这种缺陷对磁性和输运性质的深刻影响。这一发现解决了离子辐照对石墨烯电子结构影响的现有不确定性。
2014-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous edge-defect formation and defect-induced conductance suppression in graphene nanoribbons
我们提出了第一性原理研究的边缘缺陷（碳吸附原子和/或空位）的迁移和重组及其对锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs）的电导的影响。研究发现，在室温下，吸附原子在ZGNRs的边缘是相当活跃的，而空位则几乎不活跃。一个adatom-vacancy对的重组导致一个五边形-七边形环缺陷结构具有较低的能量比完美的边缘，这意味着这样的边缘缺陷可以自发形成。这种边缘缺陷可以极大地抑制ZGNR的电导，这为理解所制备的窄GNR的半导体行为提供了一些有用的线索。
2010-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene defect formation by extreme ultraviolet generated photoelectrons
我们研究了极紫外光（EUV）照射下光电子对石墨烯缺陷形成的影响。假设这些低能量电子的主要作用，我们已经模拟了使用低能量初级电子的过程。石墨烯被能量低于80 eV的电子束照射。在电子束照射后，发现拉曼光谱中出现D峰I（D），表明石墨烯中形成缺陷。I（D）/I（G）的演变遵循非晶化轨迹，随着辐照剂量的增加，表明石墨烯经历了从微晶到纳米晶，然后进一步到非晶碳的转变。此外，用增加的水分压照射石墨烯不会显著改变拉曼光谱，这表明，在极低的能量范围内，电子束诱导的残留水和石墨烯之间的化学反应不是驱动石墨烯中缺陷形成的主要机制。用EUV辐射照射部分悬浮在孔上的单层石墨烯。通过与电子束辐照的拉曼光谱结果的比较，得出了辐照过程中光电子，特别是来自价带的光电子对石墨烯中缺陷的形成有贡献的结论。
2014-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantum charge pumping in graphene-based devices: When lattice defects do help
量子电荷泵，量子相干产生的直流电流在零偏置通过时间相关的电位，提供了杰出的机会，计量和新器件的发展。石墨烯的长电子相干时间和高质量的晶体结构可以为这种量子泵提供合适的构建块。在这里，我们专注于通过石墨烯纳米带在法布里-珀罗制度的绝热量子泵浦突出缺陷的关键作用，通过使用原子模拟。我们发现，即使是一个单一的缺陷添加到原始结构可能会产生两个数量级的增加，在泵送的电荷。
2013-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional quantum channel in a graphene line defect
利用紧束缚模型，我们研究了石墨烯中的线缺陷，其中体能隙通过亚晶格对称性破缺而打开。结果表明，亚晶格对称性破缺可以诱导出对应于不同能带谱的多种组态。特别地，对于相对于线缺陷保持镜像对称的配置，观察到无间隙状态。我们发现，这种无间隙状态起源于线缺陷，并且与石墨烯带的宽度、线缺陷的位置以及带边缘的电势无关。特别地，无间隙状态可以由嵌入线缺陷下方的栅极电压控制。最后，这一结果得到了电导计算的支持。这项研究显示了如何使用线缺陷来构造量子信道，以及如何通过调节嵌入线缺陷下方的栅极电压来控制量子信道。
2013-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlled Growth of a Line Defect in Graphene and Implications for Gate-Tunable Valley Filtering
石墨烯的原子精确剪裁可以实现不寻常的传输路径和新的纳米级功能器件。在这里，我们描述了一个配方的控制生产的高度规则的“5-5-8”线缺陷的石墨烯通过同时电子辐射和焦耳加热所施加的电流。高分辨率透射电子显微镜揭示了生长过程的各个步骤。延伸早期的理论工作，提出谷判别能力的石墨烯5-5-8线缺陷，我们进行第一性原理计算的运输，并发现一个强大的能量依赖性的谷极化的载流子在整个缺陷。这些发现启发我们提出一个紧凑的静电门控“谷阀”设备，谷电子的关键组成部分。
2014-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Proton and Li-Ion Permeation through Graphene with Eight-Atom-Ring Defects
无缺陷的石墨烯对气体和液体是不可渗透的，但对热质子是高度可渗透的。原子级缺陷，如空位，晶界和斯通-威尔士缺陷，预计将提高石墨烯的质子渗透性，甚至可能允许小离子通过，而较大的物种，如气体分子应保持封锁。到目前为止，这些期望尚未在实验中得到验证。在这里，我们发现具有高密度原子级缺陷的原子级薄碳膜继续阻止所有分子传输，但它们的质子渗透性比无缺陷石墨烯高约1,000倍。锂离子也可以渗透通过这种无序的石墨烯。增强的质子和离子渗透性归因于高密度的8-碳原子环。与石墨烯的6原子环相比，后者对进入的质子造成大约两倍低的能量势垒，并且对Li离子造成约0.6 eV的相对低的势垒。我们的研究结果表明，无序石墨烯可以作为各种锂离子和氢技术中的膜和保护屏障。
2020-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-voltage characteristics of graphene devices: interplay between Zener-Klein tunneling and defects
我们报告了一个理论/实验研究的电流-电压特性（I-V）的石墨烯器件附近的狄拉克点。I-V可以用幂律（I \propto V^α，其中1< α<= 1.5）来描述。当迁移率较低时，指数较高。这种超线性的I-V解释在Zener-Klein运输，即不同能带之间的隧道，和缺陷散射之间的相互作用。令人惊讶的是，Zener-Klein隧穿通过缺陷的存在而变得可见。
2010-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the 3D atomic structure of a suspended graphene/hBN van der Waals heterostructure
在这项工作中，我们证明了一个独立的范德华异质结构，通常被认为是一个平面的对象，可以表现出一个内在的屈曲原子结构之间的相互作用产生的一个小的晶格失配层。利用透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（STEM）研究了石墨烯在六方氮化硼（hBN）单层上的自由悬浮膜。我们在STEM中开发了一种检测方法，该方法能够记录散射电子束的方向，并且对原子的局部堆叠非常敏感。实验数据和模拟模型之间的比较表明，异质结构有效地弯曲在面外方向，产生具有匹配的莫尔波长的周期性的起伏结构。我们将这种波纹归因于层间相互作用，并展示了这如何影响每层中的层内应变。
2017-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Sublattice ordering in a dilute ensemble of defects in graphene
石墨烯中的缺陷，如空位或吸附剂附着在碳上，可能会优先占据其两个子晶格之一的位置，从而打破全局晶格对称性。这导致在电子光谱中打开一个缺口。我们表明，这样的亚晶格有序可以自发地发生在一个稀系综缺陷，由于它们之间的电子介导的长程相互作用。因此，亚晶格有序域可以形成，具有二维拓扑绝缘体的电子特性。
2010-02-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Melting of Partially Fluorinated Graphene: From Detachment of Fluorine Atoms to Large Defects and Random Coils
氟化石墨烯的熔化是非常不寻常的，并且强烈地依赖于熔融的程度。对于低于1000 K的温度，完全氟化的石墨烯（FFG）比石墨烯更热机械稳定，但在T $_m\approx$ 2800 K时，FFG转变为无规卷曲，其几乎是石墨烯的熔融温度（即5300 K）的两倍。对于氟化石墨烯（PFG），高达30%的波纹在2000 K左右导致单个F原子的分离，而对于40- 60%的波纹，超过1500 K时形成大的缺陷，并且超过60%的PFG原子保持与石墨烯键合直到熔化。结果同意最近的实验上的依赖性的可逆性的过程中的百分比的反式。
2013-12-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Growth, charge and thermal transport of flowered graphene
我们报告的结构和传输特性的最小的位错环在石墨烯中，被称为花缺陷。首先，通过先进的实验成像技术，我们推导出花状缺陷是如何形成在化学气相沉积石墨烯的重结晶过程中。我们认为花状缺陷是由动态再结晶后的晶粒形成的凸起机制引起的。接下来，为了评估这些缺陷作为全石墨烯电子器件的可能构建块的使用，我们结合多尺度建模工具来研究具有随机分布的花状缺陷的大型单层石墨烯样品的结构和电子声子输运特性。对于足够大的花密度，我们发现，电子输运强烈抑制，而令人惊讶的是，空穴传输几乎不受影响。这些结果表明，可能的应用花石墨烯的电子能量过滤。对于相同的缺陷密度，声子输运减少了数量级的弹性散射缺陷成为主导。弯曲声子的热传输，石墨烯中的关键，即使在非常低的浓度下也在很大程度上受到抑制。
2020-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Doping dependence of the Raman spectrum of defected graphene
我们调查的拉曼光谱的缺陷作为掺杂的功能的演变。聚合物电解质门控允许我们移动费米能级高达0.7 eV，由\textit{in-situ}霍尔效应测量监测。对于一个给定的缺陷数，我们发现，D和D'峰的强度随掺杂的增加而降低。我们将此归因于光激发电子和空穴的总散射率增加，这是由于电子-电子散射的掺杂依赖强度。我们提出了一个一般的关系D峰强度和缺陷适用于任何掺杂水平
2014-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cold Seeded Epitaxy and Flexomagnetism in Smooth GdAuGe Membranes Exfoliated from graphene/Ge(111)
针对多数材料无法浸润石墨烯表面的难题，研究人员开发冷籽晶法在石墨烯上合成可剥离的光滑GdAuGe单晶薄膜，其结晶质量远优于高温法样品，且剥离后应变梯度可引发磁相变，为量子材料挠曲磁效应研究提供洁净平台。
2024-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Direct Visualization of Native Defects in Graphite and Their Effect on the Electronic Properties of Bernal-Stacked Bilayer Graphene
用于制备石墨烯基异质结构的石墨晶体通常被认为是无缺陷的。我们在这里报告扫描隧道显微镜的结果表明，石墨通常用于制备石墨烯器件可以包含大量的原生缺陷。表面的广泛扫描使我们能够确定原生缺陷的浓度为6.6 $\times$ 10 $^8$ cm $^{-2}$。我们进一步研究了这些本征缺陷对Bernal堆叠双层石墨烯电子性质的影响。我们观察到了门相关的谷内散射，并成功地将我们的实验结果与基于T矩阵的计算进行了比较，揭示了散射矢量分布中明显的载流子密度依赖性。我们还提出了一种用于评估短尺度散射的空间分布的技术。基于玻尔兹曼输运方程的理论分析预测，这里确定的稀释原生缺陷是一个重要的外部散射源，最终在低温下设置的迁移率。
2021-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetism in Graphene Induced by Single-Atom Defects
我们从第一性原理出发研究了单碳原子缺陷引起的石墨烯磁性。对于氢化学吸附缺陷和空位缺陷这两种缺陷，我们观察到了由缺陷诱导的扩展态引起的巡游磁性。计算的磁矩等于1 $μ_B$每氢化学吸附缺陷和1.12 $-$ 1.53 $μ_B$每空位缺陷取决于缺陷浓度。磁矩之间的耦合是铁磁的还是反铁磁的，这取决于缺陷分别对应于石墨烯晶格的相同还是不同的六边形子晶格。讨论了石墨烯中巡游磁性与高$T_C$磁有序的相关性。
2007-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Scattering of charge carriers in graphene induced by topological defects
我们研究了石墨烯准粒子的散射拓扑缺陷，代表孔，五边形和七边形。对于空穴，我们发现，在低浓度下，它们对电阻率的贡献可以忽略不计。无论何时引入五边形或七边形，我们都知道费米子电流被缺陷散射。
2011-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quantifying defects in graphene via Raman spectroscopy at different excitation energies
我们提出了一个拉曼光谱研究的Ar（+）轰击石墨烯样品随着离子剂量的增加。这使我们能够控制、增加缺陷量。我们发现，对于一个给定的缺陷密度的D和G峰强度之间的比例强烈依赖于激光激发能。我们量化了这种效应，并提出了一个简单的方程，通过拉曼光谱的任何可见的激发能的点缺陷密度的测定。我们注意到，对于所有激发，D与G强度比在~ 3 nm的缺陷间距离处达到最大值。因此，给定的比率可以对应于高于或低于最大值的两个不同的缺陷密度。G峰宽及其色散与激发能的分析解决了这种模糊性。
2011-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The effect of atomic-scale defects and dopants on graphene electronic structure
单原子厚的石墨烯对吸附的原子和分子的存在极其敏感，并且更一般地，对诸如空位、空穴和/或取代掺杂剂的缺陷极其敏感。这种性质除了可直接用于分子传感器设备之外，还可以用于调节石墨烯的电子性质。在这里，我们简要回顾了原子尺度缺陷的基本特征，这些缺陷对材料设计很有用。在简单介绍了孤立的$p_z$缺陷后，我们分析了多个缺陷石墨烯衬底的电子结构，并展示了如何预测微观有序磁结构的存在。随后，我们分析了更复杂的情况下，电子结构，修改的存在下，一些缺陷，影响化学反应的基板对吸附（化学吸附）的原子/分子物种，导致优先坚持特定的晶格位置。然后，我们考虑了反向问题，即如何利用缺陷来设计石墨烯的电子性质。在这种情况下，我们表明，安排缺陷，形成蜂窝状超晶格（我们可以称之为“supergraphenes”）的能带结构中打开一个相当大的差距和新的狄拉克锥创建的权利接近的间隙区域。类似地，我们发现，替代掺杂剂，如IIIA/VA族元素可能有间隙的准圆锥形结构对应于大量狄拉克载波。所有这些可能的结构都可能在石墨烯逻辑晶体管的开发中找到重要的技术应用。
2011-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
