Modeling and characterizing single-walled carbon nanotubes by pressure probe
我们比较了三种未封端的单壁碳纳米管在环境条件下和静水压力下的平衡结构中的键长、截面形状和体积模量的行为。数值计算结果表明，两个键长可以完全描述非手性单壁碳纳米管的结构，而手性单壁碳纳米管的结构只需要一个键长。在扶手椅型管中，一个键长大于石墨化值，而在锯齿型管中，一个键长为常数。这些键长对管半径非常敏感。在手性管中，键长的值被发现依赖于手性和轻微的管半径。这些键长的不同的响应被发现在施加压力。在某一临界压力下，非手性管中两个键长变得相等。关于纳米管的横截面形状和它的压力依赖性的分析也已经完成。发生从圆形到椭圆形的形状过渡。在这个转变，键长的行为被发现是不同的，并依赖于管的手性。手征角介于锯齿形和扶手椅形管之间的手征管具有最显著的手征效应。因此，我们表明，压力是一个有用的探针来表征各种碳纳米管。
2008-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Cycloaddition Functionalizations to Preserve or Control the Conductance of Carbon Nanotubes
我们确定了一类共价官能化，保留或控制单壁金属碳纳米管的电导。[2+1]环加成反应可以诱导相邻侧壁碳之间的键断裂，在该过程中恢复原始管的$sp^2$杂化和理想电导。这与其他常见配体永久诱导的损伤完全不同，其中与侧壁碳形成单个共价键。手性、曲率和化学性质决定了键的断裂，进而决定了功能化管的电输运性质。可以找到一个明确定义的直径范围，对于该范围，某些粘附物表现出粘附状态，其中侧壁结合的打开或关闭，伴随着电导的切换，可以用化学、光学或热手段来引导。
2006-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Structure of chiral single-walled carbon nanotubes under hydrostatic pressure
我们研究了不同手性的手性管的结构参数，即键长和键角。所使用的程序是基于螺旋和旋转对称性和Tersoff潜在的。结果表明，在室温条件下，手性管结构中存在等键长和三个不等键角。键长更多地取决于手征性，而对管半径的影响很小。管长对键长和键角的影响不显著。这些C-C键在静水压力下重新计算。键合长度随压力压缩，而键合角度实际上保持不变。我们还进行了分析关于手征管的截面形状和它的压力依赖性。发现在一定压力下，发生从圆形到椭圆形截面的转变。转捩压力强烈地依赖于管的半径和手征。在该过渡处，对应于给定的椭圆截面，所有手性管的键长是相同的。键长的这种行为不同于非手性管。
2008-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Observation of Magnetic Edge State and Dangling Bond State on Nanographene in Activated Carbon Fibers
用近边X射线吸收精细结构（NEXAFS）研究了原始和氟化活性碳纤维（ACF）中纳米石墨烯的电子结构，并与我们以前报道的磁性进行了比较。在原始的ACF中，其中磁特性由π电子的非键边缘状态决定，在NEXAFS中接近费米能级的传导电子π* 峰下方观察到分配给边缘状态的预峰。在NEXAFS谱中，通过对ACF的衍射，在边缘态的前峰和π* 峰之间观察到了一个额外的峰，该峰归属于σ-悬挂键态。额外的峰的强度与自旋浓度密切相关，产生后，电子束。NEXAFS和磁性测量结果的结合证实了氟化纳米石墨烯片上π电子的磁边缘态和σ电子的悬挂键态的共存。
2011-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Pressure effects on bond lengths and shape of zigzag single-walled carbon nanotubes
我们研究结构参数，即，键长和键角的孤立无帽锯齿形单壁纳米管的详细。键长和键角的确定几个半径管通过使用的理论程序的基础上的螺旋和旋转对称的原子坐标生成，再加上Tersoff势的相互作用能计算。结果表明，锯齿管的结构由两个键长决定。一个键长被发现有一个值等于石墨，而另一个是更大的。此外，管长被发现有显着的影响，只有较大的债券长度在曲折管。在施加压力的情况下，只有较大的粘结长度压缩，另一个粘结长度几乎保持不变。在某一临界压力下，该键长变为等于恒定键长。键长的这种行为不同于扶手椅型管。还进行了关于横截面形状的分析。在较高的压力下，发生从圆形到椭圆形截面的转变。对于（20，0）管，这个转变压力等于2.06GPa。与手征管进行了比较，并观察到键长行为的重要差异。
2008-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Polygonization of carbon nanotubes
我们使用一个多尺度的程序，推导出一个简单的连续模型的多壁碳纳米管，考虑到强共价键内的石墨烯层和弱键之间的原子在不同的层。该模型预测的大的多壁纳米管作为其曲率引起的乱层结构的结果的横截面的螺旋化。
2007-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Simple Cubic Carbon Phase C21-sc: A Promising Superhard Carbon Conductor
传统上，包括金刚石在内的所有超硬碳相都是电绝缘体，而包括石墨在内的所有导电碳相都是机械柔软的。基于第一性原理计算的结果，我们报道了一种超硬但导电的碳相C21-sc，它可以通过增加先前提出的软导电相C20-sc（Phys.Rev.B74，172101 2006）中的sp3键来获得。我们还表明，在C21-sc的sp3键的进一步增加的结果在超硬和绝缘相C22-sc与sp3键。通过C20-sc、C21-sc、C22-sc和石墨，可以理解来自通过压缩四氰基乙烯和炭黑的混合物而合成的未鉴定的碳材料（Carbon，41，1309，2003）的X射线衍射峰。鉴于其正稳定性，超硬和导电特性，以及在先前的实验中存在的强烈可能性，C21-sc是一种有前途的多功能材料，在极端条件下具有潜在的应用。
2014-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Zipping and unzipping of nanoscale carbon structures
我们从理论上证明，应用于纳米碳结构的氢化和退火在确定系统的最终形状中起着至关重要的作用。特别地，以线性和非氢化的锯齿形或扶手椅形边缘为特征的石墨烯薄片具有合并成更大的薄片或纳米管的高倾向（单个碳-碳键的形成使系统的总能量降低高达6.22 eV）。相反，通过氢化转化为$sp^3$型的$sp^2$碳键（对于纯碳结构如石墨烯或碳纳米管常见）的线显示出通过沿着改性键的线切割原始结构来分解原始结构的能力。这些结构转变为我们提供了对溶液中移动碳结构行为的理解，以及如何保持原始结构的独特方案，这将是它们在碳基电子学中应用的关键问题。
2011-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the microstructure manifold: image texture representations applied to ultrahigh carbon steel microstructures
我们介绍了一个微观结构信息数据集，重点是在一系列热处理下在单个超高碳钢中发现的复杂的分层结构。将当代计算机视觉研究的图像表示应用于这些微结构，我们讨论了如何使用监督和无监督机器学习技术来深入了解微结构趋势及其与加工条件的关系。我们评估和比较基于关键点和卷积神经网络表示，根据其主要微观成分对微观结构进行分类，并根据产生它们的退火条件对微观结构的子集进行分类。使用t-SNE，一种非线性降维和可视化技术，我们展示了探索微观结构和处理数据集的图形方法，以及理解和解释高维微观结构表示。
2017-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Instability of two dimensional graphene: Breaking sp2 bonds with soft X-rays
我们研究了各种石墨烯样品在软X射线辐照下的稳定性。我们的研究结果表明，在单层剥离的石墨烯（更接近于二维材料），在X射线照射下，平面内的碳-碳键是不稳定的，导致纳米晶结构。随着沿着第三维的相互作用通过增加石墨烯层的数量或通过与衬底（外延石墨烯）的相互作用而增加，X射线照射的影响减小，并且最终对于石墨和外延石墨烯变得可以忽略不计。我们的研究结果证明了沿第三维的相互作用在稳定长距离面内碳-碳键中的重要性，并提出了使用X射线在剥离的石墨烯中图案化石墨烯纳米结构的可能性。
2009-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Interaction of carbon clusters with Ni(100) : Application to the nucleation of carbon nanotubes
为了了解催化过程中碳纳米管成核的第一阶段，我们提出了一个紧束缚Monte Carlo研究的稳定性和不同的碳结构沉积在镍（100）表面的凝聚机制。根据几何形状，我们得到对比的结果。一方面，平面碳片的局部能量分布的分析表明，悬挂键保持不饱和，尽管存在的金属催化剂。它们的粘附力来自位于碳纳米结构下方的表面Ni原子的能量增益。另一方面，碳帽通过占据fcc镍结构的中空位点的碳原子的存在而稳定，这表明悬挂键的饱和。
2007-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Relation between the strength and dimensionality of defect-free carbon crystals
在从头计算的基础上，得到了一维、二维和三维碳晶体中原子间键的强度。结果表明，随着晶体维数的降低，原子键强度几乎呈线性增加。确定了晶体强度随维数减小而增大的原因是原子配位数减少和原子键方向夹角增大。根据这些数据，证实了一维晶体具有最大强度，碳炔的强度是材料强度的绝对上限
2015-04-01 cond-mat.mtrl-sci
A new lower limit for the bond breaking strains of defect-free carbon nanotubes: Tight binding MD simulation study
应用有序（N）紧束缚分子动力学（TBMD）算法模拟了短（2-2.5 nm）扶手椅型和锯齿型单壁碳纳米管（SWCNTs）的拉伸伸长，没有键断裂或缺陷形成。模拟在高温下重复进行。我们将断裂应变的下限固定为短的SWCNT而没有键断裂或5-7个缺陷形成。在室温下，模拟的（4，4）SWCNT能够承载高达松弛管长度的130%的应变，而没有键断裂或5-7个缺陷形成。该值对于（11，0）SWCNT为127%，对于（17，0）SWCNT为125%，对于（10，10）SWCNT为123%。在无缺陷的短纳米管中，随着纳米管半径的增加，键断裂发生在较低的应变值下，而不管它们的手性如何。当我们把管子加热到更高的温度时，这是真的。键断裂应变值，拉伸强度，杨氏模量的单壁碳纳米管作为温度的函数。无缺陷的锯齿形纳米管具有更高的拉伸强度比扶手的。在弹性限度范围内，无缺陷单壁纳米管的杨氏模量在0.400 TPa左右。在室温和实验可实现的应变值，较薄的管更耐键断裂和锯齿形管扶手椅的。在高温下，虽然抗应变能力下降，但同样的趋势仍然存在。我们观察到随着温度的升高，拉伸强度略有下降。在杨氏模量中也观察到相同的趋势。结果在确定单壁碳纳米管的真实断裂应变方面是重要的。
2013-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Chemically active substitutional nitrogen impurity in carbon nanotubes
采用从头算密度泛函理论研究了锯齿形和扶手椅形半导体单壁碳纳米管中氮替代杂质的性质。在低浓度（小于1原子%）下，半导体管中的缺陷态变得空间局部化，并在带隙中形成平坦的能级。这样的定域状态使得杂质位点具有化学活性和电子活性。我们发现，如果两个相邻的管有他们的杂质面对彼此，管间共价键的形式。这一发现为隧道结开辟了一个有趣的可能性，以及通过选择性地在杂质位点与配体形成化学键来使适当掺杂的碳纳米管官能化。如果管间键密度足够高，则可以形成高度堆积的互连单壁纳米管束。
2004-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic mechanism of graphene growth on SiC substrate: Large-scale molecular dynamics simulation based on a new charge-transfer bond-order type potential
碳化硅的热分解是制备石墨烯的一种有前途的方法。然而，石墨烯的原子生长机制仍然不清楚。本文介绍了一种新的电荷转移原子间相互作用势的发展。具有各种各样的特征的碳键可以通过所提出的矢量化键级项来再现。大规模的热分解模拟使我们能够观察到多环碳结构的连续生长过程。退火模拟揭示了多环碳结构转变为仅涉及6元环的平坦石墨烯的原子过程。此外，发现碳化硅衬底的表面原子增强了均匀石墨烯的形成。
2018-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Graphyne: Hexagonal network of carbon with versatile Dirac cones
我们研究了α，β和γ graphyne，一类石墨烯同素异形体与碳三键，使用第一性原理密度泛函方法和紧束缚计算。我们发现石墨炔具有多样的狄拉克锥，这是由于碳三键在电子和原子结构中的重要作用。碳三键调制有效的跳跃矩阵元素并反转它们的符号，导致α石墨炔中具有反转手性的狄拉克锥、β石墨炔中狄拉克点的动量移位和γ石墨炔中能隙的切换。此外，三键提供了吸附原子的化学吸附位点，可以打破亚晶格对称性，同时保持平面sp2-键合网络。石墨炔的这些特性为碳基二维材料及其衍生纳米结构的电子应用开辟了新的可能性。
2013-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ground state structure of polymeric carbon monoxide with high energy density
采用晶体结构预测方法和第一性原理计算探索了一氧化碳（CO）的低能结构。与标准的智慧相反，在环境压力下CO最稳定的结构被发现是Pna 21对称的聚合物结构，而不是分子固体。该相由通过C=C双键连接的六元（4个碳+2个氧）环形成，每个环上连接有两个双键氧原子。有趣的是，CO的聚合Pna 21相具有比三硝基甲苯（TNT）高得多的能量密度。当压缩到约7 GPa时，发现Pna 21转变为另一种具有Cc对称性的链状相，其具有与Pna 21相似的环单元。在压缩到100 GPa时，从能量上有利于CO从Cmca对称性的另一种结构形成单键Cmcm相，该结构由与单键I212121结构中发现的单元类似的单元组成。这些结构的热力学稳定性进行了验证，使用不同的密度泛函计算，包括混合和范德华校正的泛函。
2016-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Spin covalent chemistry of carbon
Institute of Physical Researches and Technology, Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)（俄罗斯人民友谊大学物理研究与技术研究所）
本文基于价键三模态和自旋自由基概念，系统阐述了碳作为唯一元素所表现出的自旋共价化学，并利用自旋共价数学工具为碳物质改性、聚合与催化提供算法基础。
2025-11-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Direct Band Gap Semiconducting Holey Graphyne: Structure, Synthesis and Potential Applications
本文报道了以1，3，5-三溴-2，4，6-三乙炔基苯为原料，通过Castro-Stephens偶联反应，在界面双溶剂体系中合成二维（2D）单晶多孔石墨炔（HGY）。HGY是一种新型的二维碳同素异形体，其结构由六顶点环和八顶点环组成。HGY的碳-碳二维网络由苯环和sp（碳-碳三键）键交替连接。sp与sp2键的比例为50%。通过DFT计算证实了HGY是稳定的。对HGY的振动、光学和电学性质进行了理论和实验研究。它是一种p型半导体，具有自然直接带隙（~ 1.0 eV），在室温下具有高空穴迁移率和电子迁移率。这份报告有望帮助开发一种新型的高迁移率碳基半导体器件。
2019-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Electrically detected magnetic resonance of carbon dangling bonds at the Si-face 4H-SiC/SiO$_2$ interface
基于SiC的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）在电力电子应用中具有重要意义。然而，在SiC/SiO $_2$界面处的电活性缺陷降低了器件的理想性能。相关的微观缺陷可以通过电子顺磁共振（EPR）或电检测磁共振（EDMR）来识别。这有助于确定制造工艺的哪些变化可能会导致器件性能和可靠性的进一步提高。EDMR测量显示，在不同处理的MOSFET中，尽管在测量的$g$ -因子中观察到一些差异，但具有非常相似的主导超精细（HF）光谱。在这里，不同的SiC MOSFET测得的HF光谱进行了比较，有人认为，在所有的设备中存在相同的主导缺陷。与模拟的C悬挂键（P $_\textrm{bC}$）中心和硅空位（V $_\textrm{Si}$）的光谱数据的比较表明，P $_\textrm{bC}$中心是一个更合适的候选人来解释所观察到的HF光谱。
2017-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Lonsdaleite: The diamond with optimized bond lengths and enhanced hardness
金刚石被称为最硬的物质，因为它具有超强的四面体sp3碳键框架。唯一的薄弱环节是它的立方解理面之间的（111）屈曲蜂窝层。压缩石墨单晶并加热到中等温度，我们合成了一种大块的、纯的、六方金刚石（朗斯代尔石），其扭曲的碳四面体缩短了其六方（001）弯曲蜂窝层之间的键，从而加强了它们的联系。我们观察到石墨（100）直接转变为六方晶系（002），石墨（002）直接转变为六方晶系（100）。我们发现，大块的朗斯代尔石具有优异的机械性能，维氏硬度HV = 164+/-11 GPa和124+/-13 GPa，分别在对应于原始石墨（001）和（100）表面的表面上测量。通过对原料石墨碳的提纯和高温高压合成条件的微调，可以进一步提高六方钙钛矿的性能。
2021-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the Bonding of Large Hydrocarbons on Noble Metals: Diindoperylene on Cu(111), Ag(111), and Au(111)
我们提出了一个基准研究的大π共轭有机分子在不同的贵金属表面上的吸附，这是基于X射线驻波（XSW）测量和密度泛函理论计算与范德华（vdW）相互作用。用正入射XSW技术测定了Cu（111）、Ag（111）和Au（111）表面上二茚并？的键距（分别为2.51、3.01和3.10），并与计算值进行了比较。与实验数据，即偏差小于0.1 A，实现了使用Perdew-Burke-Ernzerhof功能与vdW相互作用，包括集体响应的衬底电子（PBE+vdW^{surf}方法）。值得注意的是，计算表明vdW对吸附能的贡献按Au（111）< Ag（111）< Cu（111）的顺序增加。
2013-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Role of Tin and Carbon in the magnetic interactions in Mn$_3$SnC
在本文中，我们试图了解的作用，锡和碳的磁性相互作用在锰$_3$ SnC。Mn $_3$ SnC具有随时间变化的磁结构和复杂的磁基态，同时具有铁磁和反铁磁两种磁序.这种磁性状态归因于存在具有长和短Mn-Mn键的扭曲Mn $_6$ C八面体。我们的研究表明，C的缺乏增加了拉伸应变的Mn $_6$ C八面体，延长Mn-Mn键和加强铁磁相互作用，而Sn的缺乏往往会缓解的应变，导致更短以及更长的Mn-Mn键的距离相比，化学计量的Mn $_3$ SnC。这种变化加强了铁磁和反铁磁相互作用。因此，由Sn和C引起的结构应变负责Mn $_3$ SnC的复杂磁基态。
2018-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Deposition of Diamond-like Carbon films using Dense Plasma Focus
采用致密等离子体聚焦（DPF）法在石英衬底上沉积类金刚石（DLC）薄膜。${\rm sp^3}$键的形成及其在膜中的含量强烈地取决于基底，并且似乎石英不是合适的基底。然而，我们在这里报告的DLC膜的形成石英基板上，保持在高温下，并显示碳原子的含量与${\rm sp^3}$键在膜中是成正比的基板的温度。这不仅可以很好地控制薄膜的制造，还可以展示如何在需要保护的材料表面上利用DLC薄膜的抗磨损、抗刮擦性能。
2008-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen-induced Unzipping of Single-Walled Carbon Nanotubes
用从头计算方法研究了氢原子在单壁扶手椅型碳纳米管上的化学吸附。一个单一的H原子被发现是化学吸附在内外壁的纳米管。氢在碳纳米管外部的吸附结合能远大于碳纳米管内部的吸附结合能。这是第一次，我们预测，两排的H原子化学吸附在选择性的网站外部的纳米管可以打破最近邻的C-C键的纳米管通过协同形成的C-H键，导致解链的纳米管壁。我们提供的见解负责的H-诱导解压缩的纳米管的基本电子结构，贷款强有力的支持，最近的实验观察的单壁纳米管在原子氢的存在下合并。有趣的是，化学吸附在纳米管内部的H原子不会导致C-C键的断裂。
2002-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Properties of Carbon Nanotubes Calculated from Density Functional Theory and the Empirical pi-Bond Model
评估了FIREBALL实现的DFT模型对CNT电子器件建模的有效性。采用从头算紧束缚密度泛函理论（DFT）程序FIREBALL和经验最近邻π键模型计算了半导体锯齿形（n，0）碳纳米管（CNTs）的有效质量、带隙和透射系数，并对所有半导体n值5 <（=）n <（=）35进行了比较.有效质量的DFT值在n值17 <（=）n <（=）29的范围内与π键值相差+（-）9%，这对于电子器件应用是最重要的。在13 <（=）n <（=）35的范围内，DFT带隙比经验带隙小20-180 meV，这取决于泛函和n值。当CNT直径小于1 nm时，由于CNT的曲率较大，π键模型给出的结果与DFT的结果有很大的不同。对于（10，0）CNT，π键模型在远离带边的情况下很快变得不准确，并且对于n <（=）8，π键模型完全不准确。
2007-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bond Distortions in Armchair Type Single Wall Carbon Nanotubes
在传统的Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型和考虑不同类型键对SSH哈密顿量贡献的Toy模型框架下，比较研究了（3，3）和（10，10）纳米管的能带结构和稳定性.两种模型给出了相同的能带结构，但碳纳米管的键长畸变不同。
2005-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Dynamics and Structural Transformations of Carbon Onion-Like under High-Velocity Impacts
University of Brasília（巴西利亚大学）；University of Campinas（坎皮纳斯大学）
本研究通过ReaxFF分子动力学模拟，探究不同壳层数的碳纳米洋葱在2-7Km/s高速冲击刚性基底时的动力学与结构转变，揭示了三种冲击状态及碳键重构规律，为碳纳米材料的冲击响应研究提供了理论依据。
2021-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Elastic Bending Modulus of Monolayer Graphene
从固态碳-碳键的经验势出发，解析推导出单层石墨烯弹性弯曲模量的新公式。两个物理起源被确定为原子级薄的石墨烯片的非零的弯曲模量，一个是由于键角效应和其他导致从键序项与二面角。分析预测比较接近从头算能量计算。用分子力学方法模拟了石墨烯单分子膜的纯弯曲，随着弯曲曲率的增加，其切线弯曲模量表现出轻微的非线性和各向异性。弯曲和面内应变之间的内在耦合是指石墨烯单层卷成碳纳米管。
2009-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Understanding bond formation and its impact on the capacitive properties of SiW12 polyoxometalates adsorbed on functionalized Carbon Nanotubes
在过去的十年中，已经在用于能量存储装置的电化学系统中进行了大量的实验水平的研究。然而，理论方法是非常可取的，以了解引起能量存储现象的物理化学性质。这项工作旨在提供对新型纳米复合材料的$in$ $silico$设计的见解，所述新型纳米复合材料由锚定到有机官能团$φ-X$（具有$X = -NH2, -OH, -COH$和$-COOH$）的Keggin聚氧乙烯酸酯SiW 12形成，连接到碳纳米管。在这些系统中，费米能级周围的态密度增强，从而赋予复合材料容易的电子输运能力，这在能量存储装置中进行的充电/放电循环中可能是决定性的。电荷转移在复合材料的研究是最大的$φ-COOH$官能团，产生的吸引力与SiW 12簇的数量级相同的共价性质。其余的官能团诱导静电型的非共价相互作用，由范德华吸引力介导。我们提出的方法可以代表一种工具，以开发新的电极材料，可以提高性能的能量存储设备，如超级电容器或锂$-$离子电池。
2017-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Geometry and Self-Stress of Single-Wall Carbon Nanotubes and Graphene via a Discrete Model Based on a 2nd-Generation REBO Potential
本文的主要目的是评估单壁碳纳米管（CNTs）和平坦石墨烯条（FGS）在其自然平衡态下的自应力状态，即施加外部载荷之前的状态。我们将碳纳米管建模为离散的弹性结构，其形状和体积的变化由第二代反应经验键级原子间作用势控制。我们考虑的运动学变量是键长、键角和二面角;我们将这些变量中的每一个的变化与功共轭纳米应力相关联。为了确定给定碳纳米管中的自应力状态，我们将无载荷平衡问题表述为原子间势的最小问题，其解产生平衡纳米应力;接下来，通过利用我们推导的纳米应力的非线性本构依赖关系，我们确定了后者的平衡值;最后，从运动学变量的平衡值，我们推导出自然几何，特别是自然半径。在非手性的情况下，当我们可以指望最大的内在对称性，因此独立的未知数的数量减少到最低限度，能量最小化所隐含的平稳性条件是相对容易推导和数值求解;手性碳纳米管，我们更喜欢直接解决最小问题。我们推测，我们的离散力学模型可以作为MD模拟算法的基准源。我们发现，自应力取决于在非手性碳纳米管的键和二面角的变化，此外，在手性碳纳米管的键长的变化。我们的分析也适用于FGS，其自应力和自能量，我们评估，我们发现，在FGS自应力是专门与键角的变化。
2015-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Role of contact bonding on electronic transport in metal-carbon nanotube-metal systems
我们研究了界面键的排列对金属-纳米管-金属体系电子输运特性的影响。采用非平衡Green泛函方法，结合紧束缚和扩展Huckel哈密顿量，计算了有限长无缺陷扶手椅型和锯齿型单壁碳纳米管与Au（111）金属接触的输运性质.我们的计算表明，电极材料不是唯一的因素，规则的接触透明度。事实上，对于相同的电极，但改变纳米管螺旋度，我们已经观察到由于频带混合和干扰的透射光谱的整体复杂的行为。这两种模型的比较表明，紧结合的方法不能给出一个令人满意的表示时，C-C和Au-C化学键的更准确的描述被认为是一个令人满意的传输函数。我们还研究了界面几何形状变化对导电的影响，发现接触纳米管的距离有显着的影响，而接触纳米管的对称性起着边缘，但明显的作用。
2006-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of the structural, elastic and electronic properties of MNxC1-x (M=Ti, Zr, Hf; 0<x<1) carbonitrides at ambient and elevated hydrostatic pressure
采用密度泛函理论计算了三种具有岩盐结构的混合过渡金属碳氮化物TiNxC 1-x、ZrNxC 1-x和HfNxC 1-x（0<x<1）在常压和50 GPa流体静压下的结构、电子和弹性性质.所考虑的化合物的晶格常数，密度和体积模量表现为氮浓度x的线性函数。所有这些参数的线性相关性允许在0到1的范围内的任何x值处获得它们的估计。通过计算键级和电子密度差分布，证明了随着氮逐渐取代碳，化学键的离子性逐渐增强。
2013-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Spin-filtering and Disorder Induced Giant Magnetoresistance in Carbon Nanotubes: Ab Initio Calculations
氮掺杂的碳纳米管可以在卟啉类缺陷上提供反应位点。众所周知，许多卟啉化合物中含有过渡金属原子，我们探索了氮掺杂碳纳米管中过渡金属原子与卟啉类缺陷的键合。用密度泛函理论和递归格林函数方法分析了体系的电子结构和输运性质。结果确定血红素B样缺陷（铁原子键合到四个氮）是最稳定的，并且对于单个缺陷具有更高的极化电流。在几百纳米长的纳米管中随机定位的血红素B缺陷的情况下，极化达到接近100%，这意味着有效的自旋过滤器。在这些长纳米管中还观察到无序感生的磁电阻效应，用非磁性电极计算的值高达20000%。
2011-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Carbon doping of GaN: Proof of the formation of electrically active tri-carbon defects
碳掺杂用于获得半绝缘GAN晶体。如果碳掺杂浓度超过$5*10^{17}$ $cm^{-3}$，则碳原子逐渐形成三原子簇。三碳缺陷结构通过对缺陷的局部振动模式（LVMs）的同位素效应明确地证明，所述缺陷的局部振动模式（LVMs）最初发现于在$1679$ $cm^{-1}$和$1718$ $cm^{-1}$处含有天然同位素组成$(~99 $ %$ ^{12}C, ~1$ % $ ^{13}C)$的碳的样品中。基于谐波振荡器模型，考虑到可能的同位素组合的概率，对富含$^{13}C$同位素（~ 99%和~ 50%）的样品的LVMs的数量、光谱位置和强度进行了一致性解释。包括偏振依赖性的LVM吸收，我们表明，三碳缺陷形成三原子分子状结构在两个晶体学上不同的配置：一个基本的配置与碳键附近的基面和一个轴向配置与碳键之一沿c轴。最后，在额外的带隙以下照明下的LVMs的消失被解释为缺陷充电，即三碳缺陷在带隙内具有至少一个电荷状态跃迁能级，并且有助于光吸收以及电荷平衡。
2020-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry and structure of carbon-nitrogen complexes in gallium arsenide from infrared spectroscopy and first-principles calculations
从理论和实验两方面研究了GaAs中的类分子碳氮复合物。傅里叶变换红外吸收（FTIR）光谱检测到的两个特征高频拉伸模式在\num{1973}和\SI{2060}{cm^{-1}}，出现在碳和氮注入和退火层。从同位素取代推断，基础配合物的化学组成分别为CN $_2$和C $_2$ N。压电光谱FTIR测量结果表明，这两个中心具有四面体对称性。对于密度泛函理论（DFT）计算线性实体取代的阴离子，与轴取向沿\hkl<100>方向，根据实验确定的对称性。密度泛函理论计算支持GaAs基质晶体中线性N-C-N和C-C-N复合物在$+3$到$-3$电荷态范围内的稳定性。配合物的价键进行了分析，使用从DFT的类分子轨道。事实证明，内部键和与晶格的键基本上与电荷状态无关。计算的振动模式频率接近实验值，精确地再现了FTIR实验的同位素质量分裂。最后，生成能表明，在热力学平衡下CN $_2$比C $_2$ N更稳定。
2018-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Charge-Generated Changes in Graphite Structures
它将表明，石墨片中带负电荷的碳原子具有在碳中不寻常的电子结构，即孤对电子。这个原子，类似于带正电的原子，不再能够参与（π）键网络：由于它们的伸长单键和四面体结构，两者都从片中弹出。孤对结构使多余的电子局域化，由于π键的破坏，费米能级的上下都出现了禁能隙。这个模型为许多反常的实验数据提供了解释。
2003-07-18 cond-mat.mtrl-sci
LLM-driven discovery for carbon allotropes with bond-network entropy
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；AiMaterials Research LLC（AiMaterials研究有限责任公司）
利用大语言模型和机器学习势能结合，发现具有混合sp-sp³杂化的新型碳同素异形体，展现极端热各向异性和超硬特性。
2026-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Stone-Wales--type transformations in carbon nanostructures driven by electron irradiation
与Stone-Wales型变换相关的拓扑缺陷的观察（即，键旋转）与这些体系的平衡热力学不一致。在这里，通过结合像差校正HRTEM实验和原子模拟，我们表明，这种缺陷可以形成由单电子的影响，并显着，在电子能量低于原子位移的阈值。我们进一步研究了辐射驱动键旋转的机制，并解释了为什么在中等电子能量（\sim 100 keV）的电子辐照往往会使石墨烯非晶化而不是非晶化。我们还表明，通过模拟，斯通-威尔士缺陷可以出现在弯曲的石墨结构，由于辐射诱导的弗伦克尔缺陷的不完全重组，类似于在硅中的维格纳型缺陷的形成。
2011-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of efficient carbon monoxide oxidation at Ru(0001)
采用密度泛函理论计算了Ru在高压下对CO氧化反应的催化行为，其中包括特别高的CO_2转化率.计算结果表明，吸附氧的完全单层能驱动高速率的CO_2生成，使CO_2的生成既可以通过气相CO分子的散射，也可以通过CO分子吸附在吸附层中的氧空位处，由于CO和O的吸附能相对较弱，而且这些反应物距离很近，所以后一种机制是非常有效的。本文分析了与散射反应生成CO_2的反应途径有关的成键和电子性质。我们发现，所确定的“双”过渡态是由于电子转移到未占用的2 π轨道的CO分子，减少了泡利排斥之间的碰撞CO和O-覆盖的表面。然后通过电子从CO2 π轨道转移回CO与吸附的O原子之间的成键区而与CO2成键。
1996-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear Photoluminescence Excitation Spectroscopy of Carbon Nanotubes: Exploring the Upper Density Limit of One-Dimensional Excitons
利用非线性光致发光激发光谱研究了单壁碳纳米管中高密度激子的发光特性。随着激发强度的增加，由不同手性引起的所有发射峰在强度上显示出明显的饱和。每个峰都表现出与激发波长无关的饱和值，表明每个纳米管物种的激子密度都有上限。我们开发了一个理论模型的基础上激子扩散和激子-激子湮灭，成功地再现了饱和行为，使我们能够估计激子密度。这些估计的密度被发现仍然是大大小于预期的莫特密度，即使在饱和状态下，与传统的半导体量子线。
2008-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stabilities and novel electronic structures of three carbon nitride bilayers
本文预测了三种新的氮化碳双层相，分别命名为α-C $_{2}$ N $_{2}$，β-C $_{2}$ N $_{2}$和γ-C $_{4}$ N $_{4}$。它们都是由两个CN片层通过C-C共价键连接而成。声子色散表明，所有这些相都是动态稳定的，因为没有发现它们的虚频率。研究了α-C $_{2}$ N $_{2}$和β-C $_{2}$ N $_{2}$之间的过渡路径，包括C和N之间的键断裂和键重整。这种转换是困难的，因为活化能势垒被发现是1.90 eV每单位电池，高到足以防止在室温下的转变。电子结构计算表明，它们都是半导体，间接带隙分别为3.76 /5.22eV、4.23 /5.75eV和2.06 /3.53eV。β-C $_{2}$ N $_{2}$的带隙最宽。从我们的研究结果来看，这三种新的二维材料在电子学、半导体、光学和自旋电子学等方面具有潜在的应用价值。
2017-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Few-Layered Graphyne Growth by an On-Surface Coupling Reaction via Alkynyl Vapour Deposition
石墨炔（GY）族是一种具有良好应用前景的碳的同素异形体，它由三键（sp）和双键（sp2）杂化的碳原子组成。与石墨烯不同，由于单体不稳定性和副反应，含有碳sp键的GY家族在有效的二维（2D）生长中仍然是一个未解决的问题。在本文中，我们使用1，3，5-三溴-2，4，6-三乙炔基苯（TBTEB），通过化学气相沉积（CVD）在低温下将GY合成为单个2D层，以防止意外反应。通过铜表面上TBTEB单体之间的表面限制偶联的CVD生长的GY可以通过副反应摆脱一维（1D）或三维（3D）生长。CVD生长的GY具有六方晶格结构，在两个相邻的六边形之间的连接中包含单个sp-碳键，与γ-GY的结构一致。这项工作开辟了一条新的途径，合成大规模和单晶GY，可以是能够与理论上预期的性能的多功能应用。
2020-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of hydrogen termination at grain boundaries in ultrananocrystalline diamond/hydrogenated amorphous carbon composite thin films synthesized via coaxial arc plasma
超纳米金刚石/氢化非晶碳复合薄膜由三种不同的成分组成：超纳米金刚石微晶、氢化非晶碳以及它们之间的晶界。由于晶界含有大量的悬空键和不饱和键，它们将是载流子陷阱中心降低器件性能的原因，在可能的应用中，如UV光探测器。我们的实验表明，氢原子优先纳入晶界和终止悬挂键通过几种光谱技术。XPS测量无法检测到薄膜中sp^2-和sp^3-杂化碳的定量跃迁，导致sp^3含量为55- 59%。另一方面，FT-IR和NEXAFS确实显示了某些碳杂化量的变化。前者证实了通过额外的氢化，sp^2烃转化为sp^3烃约10%，后者代表了化学构型从π* C{ \equiv }C和π* C=C到σ* C-H的变化。这些结果可以是一个证据的本地化氢在晶界上，这在终止悬挂键和不饱和键的一部分，他们是相关的光学和电学性能的薄膜研究在一些以前的研究。我们对氢化效应的光谱研究结合对光学和电学特性的讨论证实了氢化可以是在上述传感应用中增强光伏性能的有效工具。
2020-12-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Healing of a hole in a carbon nanotube under electron irradiation in HRTEM
利用分子动力学模拟和CompuTEM算法，在室温下，在高分辨透射电子显微镜中，碳纳米管中的空穴在电子辐照下愈合。在所有模拟运行中观察到无定形贴片的形成。无定形补丁形成的外部碳吸附原子的情况下，只有通过重建的碳键网络。它主要由5-、6-和7-元环组成，并引起小瓶颈。此外，在电子辐照下，初始无定形补丁的进一步生长发生。双配位原子被发现在后一个过程中起着至关重要的作用，类似于富勒烯中环重排的自催化作用。在双配位原子存在下的主要重排可以被描述为广义的sp-缺陷迁移：两个三配位原子之间的键断裂，其中一个与附近的双配位原子形成新的键。如果新的和以前的两个配位原子没有键合，则反应导致sp缺陷的位移和sp $^2$碳结构的环的变化。通过双配位原子的跳跃和涉及两个键同时断裂的其他反应的迁移也被检测到，但非常罕见。长寿命的两个协调原子的补丁结构和相关的快速增长的补丁中观察到超过一半的模拟运行。由于纳米管的无定形补丁和瓶颈影响其电子性质，因此这种纳米管在纳米电子应用中具有很好的前景。
2021-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanisms of initial oxidation of 4H-SiC (0001) and (000$\bar{1}$) surfaces unraveled by first-principles calculations
我们利用密度泛函理论对4 H-SiC中Si面和C面氧化的初始阶段进行了电子态计算。我们研究了每个Si和C原子的网站是如何在C和Si面氧化，并探讨最可能的反应途径，相应的能量势垒，以及氧化过程中可能产生的缺陷。我们发现，Si面和C面上的碳湮灭过程不同，这种不同导致了不同的界面缺陷：在C面情况下，（1）碳原子作为CO分子直接从衬底上解离。(2)CO解离后，在界面处观察到3重配位氧原子（称为Y-lid）。(3)，高密度的C-悬挂键可以保留在界面处。在Si面的情况下，（1），C原子不可避免地在界面形成碳纳米簇（由几个原子组成），以减少那里的悬挂键的数量。此外，我们还发现碳纳米团簇不仅由单化学键组成，而且还由双化学键组成。(2)在分子动力学模拟中，我们观察到CO分子从碳纳米团簇中解离出来。此外，我们还研究了H $_2$和NO分子是否与本研究中发现的缺陷反应。
2016-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Unexpected Spontaneously Dynamic Oxygen Migration on Carbon Nanotubes
利用密度泛函理论计算，我们发现含氧官能团在单壁碳纳米管（SWCNT）的内表面表现出意想不到的自发动力学行为.两种类型的动态氧迁移-羟基和环氧迁移-通过C-O键的断裂/重整反应和质子转移反应实现。结果表明，自发动力学特性归因于急剧减少的能量势垒小于或相当于热涨落。我们还观察到一个稳定的中间态与悬空的C-O键，这使得连续迁移的氧官能团。然而，在单壁碳纳米管的外表面上，由于相对较高的能量势垒，氧基团难以自发迁移，并且悬挂的C-O键倾向于转化为更稳定的环氧构型。氧的长距离迁移反应进一步证实了氧的自发迁移，其中包括三个羟基迁移反应和一个C-O键反应。我们的工作提供了一个新的理解，氧官能团的行为界面上，并提供了一个潜在的路线，设计新的碳基动态材料。
2021-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Raman modes of the deformed single-wall carbon nanotubes
采用\textit{ab initio}方法，在经验键极化率模型下，系统研究了单壁碳纳米管（SWCNTs）在单轴和扭转应变下的非共振拉曼光谱.结果表明，在形变纳米管中，低频拉曼激活模的频率和强度几乎不变，而高频部分发生明显的位移。特别是单壁碳纳米管的高频部分随单轴拉伸应变的增加而线性移动，并且对于任何一种单壁碳纳米管都有两种不同的移动斜率。更有趣的是，在扭转应变下的非共振拉曼光谱中发现了新的拉曼峰，这可以用a）对称性破缺和b）键旋转效应和键拉伸引起的极化率各向异性来解释。
2007-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chirality-Dependent Growth Rate of Carbon Nanotubes - A Theoretical Study
我们考虑几何约束的碳原子的边缘生长的纳米管。管的生长是通过悬挂键从扶手椅形转变为锯齿形，反之亦然。我们发现，生长速率取决于边缘结构（手性），悬挂键转换的能量障碍，和生长温度。计算的手性分布来自这个最低限度的理论显示出令人惊讶的良好协议与实验。我们的想法意味着碳纳米管的手性分布可以通过外部参数的影响。
2012-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic and electronic structures of stable linear carbon chains on Ag-nanoparticles
在这项工作中，我们报告的X射线光电子（XPS）和价带（VB）光谱测量的无表面活性剂的银纳米粒子和银/线性碳链（Ag@LCC）结构的脉冲激光烧蚀（PLA）在水中制备。我们的测量结果表明，显着的氧化，只有在表面上的银纳米粒子与许多共价碳-银键，但只有可忽略不计的碳-氧键的痕迹。理论模型还提供了证据，证明线性碳链与纯的和部分氧化的银表面之间形成了牢固的碳-银键。理论和实验的电子结构的比较也提供了证据的存在下，非氧化的线性碳链的银表面。为了评估化学稳定性，我们研究了氧化物种（水和氧气）的物理吸附的能量学，发现这种吸附比线性碳链的吸附更优选在氧化或原始银表面上，这使得LCC氧化的初始步骤在能量上是不利的。
2017-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-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
Topological carbon allotropes: paradigm shift for materials innovation
研究提出利用碳原子共价$σ$键构建结和链环等拓扑结构，并发明了新型3D碳同素异形体 Hopfene，通过周期性 Hopf 链环阵列将水平 Graphene 片编织成垂直片，为拓扑材料创新提供新范式。
2019-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The structure in warm dense carbon
研究了石墨、金刚石和BC8固相压力区中流体碳相的结构。我们发现随着密度的增加，配位数增加。从零到$30$ GPa，液体表现出随温度升高而降低的填充效率。然而，对于较高的压力，配位数随着温度的升高而增加。高达$1.5$ eV和独立的压力高达$1000$ GPa，在离子结构因子的双峰结构存在，表明持久的共价键。在从零到$1000$ GPa的整个压力范围内，流体的结构和性质强烈地由这种共价键决定。
2019-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Rotation Symmetry Spontaneous Breaking of Edge States in Zigzag Carbon Nanotubes
得到了端键畸变的（N，0）型碳纳米管边缘态的解析解。发现边缘态通过畸变而混合。对于N=5和N>=7的总能量在末端键的不对称构型中低于具有轴旋转对称的构型。因此对称性会自发地被打破。结果表明，电子态的对称性取决于电子的占据，电子密度的分布会发生很大的变化，并且可以通过外加电场来控制.
2009-02-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
