Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Biến dạng do giao diện trong vật liệu hai chiều lai
Tóm tắt
Các vật liệu lai hai chiều bao gồm các miền khác nhau đang thu hút sự quan tâm lớn. Sử dụng mô phỏng động lực học phân tử thực nghiệm, chúng tôi cho thấy hình thái học của những vật liệu lai 2D này có thể mở rộng vào chiều thứ ba qua biến dạng mạnh mẽ vốn có tại các giao diện giữa các miền. Biến dạng giao diện xuất phát từ áp lực nén trong miền có hằng số mạng lớn hơn và thậm chí còn xâm nhập vào miền bị kéo dài. Dựa trên lý thuyết tấm cổ điển, chúng tôi định lượng một cách phân tích biên độ, bước sóng và chiều sâu xâm nhập của biến dạng giao diện như là các hàm của sự không khớp lattice, đạt được sự thống nhất tốt với các mô phỏng. Hơn nữa, chúng tôi đề xuất rằng việc đặt các khuyết tật lục giác và thất giác một cách định kỳ dọc theo giao diện có thể loại bỏ biến dạng trong vật liệu 2D và giao diện có khuyết tật như vậy có thể thuận lợi hơn so với giao diện bị biến dạng ở một kích thước miền quan trọng, điều này nhất quán với các quan sát thực nghiệm gần đây. Các kết quả của chúng tôi gợi ý rằng biến dạng giao diện trong các vật liệu lai 2D nên được xem xét trong việc khám phá thêm những tính chất tiềm năng của chúng.
Từ khóa
#vật liệu hai chiều #biến dạng giao diện #mô phỏng động lực học phân tử #khuyết tật lục giác #khuyết tật thất giác #áp lực nén #lý thuyết tấmTài liệu tham khảo
Ci, L.; Song, L.; Jin, C.; Jariwala, D.; Wu, D.; Li, Y.; Srivastava, A.; Wang, Z. F.; Storr, K.; Balicas, L.; Liu, F.; Ajayan, P. M. Atomic layers of hybridized boron nitride and graphene domains. Nat. Mater. 2010, 9, 430–435.
Gannett, W.; Regan, W.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Crommie, M. F.; Zettl, A. Boron nitride substrates for high mobility chemical vapor deposited graphene. Appl. Phys. Lett. 2011, 98, 242105.
Britnell, L.; Gorbachev, R. V.; Jalil, R.; Belle, B. D.; Schedin, F.; Mishchenko, A.; Georgiou, T.; Katsnelson, M. I.; Eaves, L.; Morozov, S. V.; Peres, N. M. R.; Leist, J.; Geim, A. K.; Novoselov, K. S.; et al. Field-effect tunneling transistor based on vertical graphene heterostructures. Science (New York, N.Y.), 2012, 335, 947–50.
Dean, C. R.; Young, A. F.; Meric, I.; Lee, C.; Wang, L.; Sorgenfrei, S.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Kim, P.; Shepard, K. L.; Hone, J. Boron nitride substrates for high-quality graphene electronics. Nat. Nanotech 2010, 5, 722–726.
Sutter, P.; Cortes, R.; Lahiri, J.; Sutter, E. Interface formation in monolayer graphene-boron nitride heterostructures. Nano Lett. 2012, 12, 4869–4874.
Liu, Z.; Ma, L.; Shi, G.; Zhou, W.; Gong, Y.; Lei, S.; Yang, X.; Zhang, J.; Yu, J.; Hackenberg, K. P.; Babakhani, A.; Idrobo, J.-C.; Vajtai, R.; Lou, J.; et al. In-plane heterostructures of graphene and hexagonal boron nitride with controlled domain sizes. Nat. Nanotech. 2013, 8, 119–24.
Gao, Y.; Zhang, Y.; Chen, P.; Li, Y.; Liu, M.; Gao, T.; Ma, D.; Chen, Y.; Cheng, Z.; Qiu, X.; Duan, W.; Liu, Z. Toward single-layer uniform hexagonal boron nitride-graphene patchworks with zigzag linking edges. Nano Lett. 2013, 13, 3439–43.
Bhowmick, S.; Singh, A. K.; Yakobson, B. I. Quantum dots and nanoroads of graphene embedded in hexagonal boron nitride. J. Phys. Chem. 2011, 9889–9893.
Zhang, Z.; Yang, Y.; Yakobson, B. I. Grain boundaries in hybrid two-dimensional materials. J. Mech. Phys. Solid 2014, 70, 62–70.
Zhang, Z.; Guo, W. Energy-gap modulation of BN ribbons by transverse electric fields: First-principles calculations. Phys. Rev. B 2008, 77, 075403.
Zhou, H.; Zhu, J.; Liu, Z.; Yan, Z.; Fan, X.; Lin, J.; Wang, G.; Yan, Q.; Yu, T.; Ajayan, P. M.; Tour, J. M. High thermal conductivity of suspended few-layer hexagonal boron nitride sheets. Nano Res. 2014, 7, 1232–1240.
Guo, N.; Wei, J. Q.; Jia, Y.; Sun, H. H.; Wang, Y. H.; Zhao, K. H.; Shi, X. L. Zhang, L. W.; Li, X. M.; Cao, A. Y.; Zhu, H. W.; Wang, K. L. Fabrication of large area hexagonal boron nitride thin films for bendable capacitors. Nano Res. 2013, 6, 602–610.
Han, M.; Özyilmaz, B.; Zhang, Y.; Kim, P. Energy band-gap engineering of graphene nanoribbons. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 206805.
Son, Y.-W.; Cohen, M. L.; Louie, S. G. Energy gaps in graphene nanoribbons. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 216803.
Barone, V.; Peralta, J. E. Magnetic boron nitride nanoribbons with tunable electronic properties. Nano Lett. 2008, 8, 2210–2214.
Quhe, R.; Zheng, J.; Luo, G.; Liu, Q.; Qin, R.; Zhou, J.; Yu, D.; Nagase, S.; Mei, W.-N.; Gao, Z.; Lu, J. Tunable and sizable band gap of single-layer graphene sandwiched between hexagonal boron nitride. NPG Asia Mater. 2012, 4, e6.
Fan, Y.; Zhao, M.; Wang, Z.; Zhang, X.; Zhang, H. Tunable electronic structures of graphene/boron nitride heterobilayers. Appl. Phys. Lett. 2011, 98, 083103.
Muchharla, B.; Pathak, A.; Liu, Z.; Song, L.; Jayasekera, T.; Kar, S.; Vajtai, R.; Balicas, L.; Ajayan, P. M.; Talapatra, S.; Ali, N. Tunable electronics in large-area atomic layers of boron-nitrogen-carbon. Nano Lett. 2013, 13, 3476–3481.
Li, C.; Jin, W.; Xiang, H.; Lefkidis, G.; Hübner, W. Theory of laser-induced ultrafast magneto-optic spin flip and transfer in charged two-magnetic-center molecular ions: Role of bridging atoms. Phys. Rev. B 2011, 84, 054415.
Li, C.; Zhang, S.; Jin, W.; Lefkidis, G.; Wolfgang, H. Controllable spin-dynamics cycles and ERASE functionality on quasilinear molecular ions. Phys. Rev. B 2014, 184404, 2–6.
Guo, W.; Zhong, W.; Dai, Y.; Li, S. Coupled defect-size effects on interlayer friction in multiwalled carbon nanotubes. Phys. Rev. B 2005, 72, 075409.
Guo, W.; Guo, Y.; Gao, H.; Zheng, Q.; Zhong, W. Energy dissipation in gigahertz oscillators from multiwalled carbon nanotubes. Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 125501.
Chandratre, S.; Sharma, P. Coaxing graphene to be piezoelectric. Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 023114
Rasool, H. I.; Ophus, C.; Klug, W. S.; Zettl, A.; Gimzewski, J. K. Measurement of the intrinsic strength of crystalline and polycrystalline graphene. Nat. Commun. 2013, 4, 1–7.
Liu, F.; Ming, P.; Li, J. Ab initio calculation of ideal strength and phonon instability of graphene under tension. Phys. Rev. B 2007, 76, 064120.
Wei, Y.; Wang, B.; Wu, J.; Yang, R.; Dunn, M. L. Bending rigidity and Gaussian bending stiff ness of single-layered graphene. Nano Lett. 2013, 13, 26–30.
Lee, C.; Wei, X.; Kysar, J. W.; Hone, J. Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene. Science (New York, N.Y.), 2008, 321, 385–388.
Shenoy, V.; Reddy, C.; Ramasubramaniam, A.; Zhang, Y. Edge-stress-induced warping of graphene sheets and nanoribbons. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 245501.
Bets, K. V.; Yakobson, B. I. Spontaneous twist and intrinsic instabilities of pristine graphene nanoribbons. Nano Res. 2010, 2, 161–166.
Fasolino, A.; Los, J. H.; Katsnelson, M. I. Intrinsic ripples in graphene. Nat. Mater. 2007, 6, 858–861.
Zhang, Y.; Brar, V. W.; Girit, C.; Zettl, A.; Crommie, M. F. Origin of spatial charge inhomogeneity in graphene. Nat Phys. 2009, 5, 722–726.
Lu, J.; Gomes, L. C.; Nunes, R. W.; Castro Neto, A. H.; Loh, K. P. Lattice relaxation at the interface of two-dimensional crystals: Graphene and hexagonal boron-nitride. Nano Lett. 2014, 14, 5133–5139.
Plimpton, S. Fast parallel algorithms for short-range molecular dynamics. J. Comp. Phys. 1995, 117, 1–42.
Brenner, D. W.; Shenderova, O. A.; Harrison, J. A.; Stuart, S. J.; Ni, B.; Sinnott, S. B. A second-generation reactive empirical bond order (REBO) potential energy expression for hydrocarbons. J. Phys.: Conden. Matter. 2002, 14, 783–802.
Stuart, S. J.; Tutein, A. B.; Harrison, J. A. A reactive potential for hydrocarbons with intermolecular interactions. J. Chem. Phys. 2000, 112, 6472.
Liu, Y.; Bhowmick, S.; Yakobson, B. I. BN white graphene with “colorful” edges: The energies and morphology. Nano Lett. 2011, 11, 3113–3116.
Timoshenko, S., Woinowsky-Krieger, S. Theory of Plates and Shells. McGraw-Hill: New York, 1959.