一种计算二维材料弯曲刚度的新型高效第一性原理方法
材料科学
2022-12-23 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
本文提出了一种利用对小周期性原胞进行简单原子尺度测试来计算二维材料弯曲刚度的新型高效方法。这些测试的设计使得弯曲变形占主导而膜变形被最小化。随后通过原子尺度第一性原理模拟可高效计算弯曲能，此处采用密度泛函理论。然后将原子尺度弯曲能与结构力学中的经典模型进行比较。为此考虑了两种不同的模型——一种基于梁理论，另一种基于刚性连接理论——并将其结果相互对比。选取四种具有二维六方（蜂窝）结构的材料作为案例研究：石墨烯、六方氮化硼、硅烯和蓝磷烯。计算所得的弯曲刚度随原胞尺寸增大而收敛，因此小原胞已能提供与文献相符的准确结果。利用相同的原子尺度测试，表明石墨烯的弯曲刚度在中等大变形下仍可视为常数。除高效与准确外，所提方法还允许多种扩展。
引用
@article{arxiv.2212.11913,
title = {A new efficient ab-initio approach for calculating the bending stiffness of 2D materials},
author = {Farzad Shirazian and Roger A. Sauer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2212.11913},
year = {2022}
}