石墨烯/六方氮化硼异质结构的粘附与重构：量子蒙特卡罗研究
介观与纳米尺度物理
2025-02-28 v1 材料科学
摘要
我们研究了范德华异质结构中石墨烯与六方氮化硼 (hBN) 单层界面处的层间粘附与弛豫。使用扩散量子蒙特卡罗方法计算了石墨烯与 hBN 之间的粘附势作为局部晶格偏移的函数，该方法能够准确处理范德华相互作用。将粘附势与弹性理论相结合，我们确定了界面处石墨烯与 hBN 层的弛豫结构，发现不存在亚稳态结构。该粘附势可以很好地用简单的 Lennard-Jones 对势描述，我们使用量子蒙特卡罗数据对其进行了参数化。将近似对齐的 hBN 晶体之间封装石墨烯会产生莫尔图案，其周期由 hBN 晶体之间的错位角决定，叠加在先前研究的 hBN 衬底上石墨烯的莫尔超晶格之上。我们对这种超莫尔超晶格中的微带进行了建模，发现它们对其中一个封装 hBN 晶体的 180 旋转非常敏感。我们发现，放置在块体 hBN 衬底上的单层和双层石墨烯以及块体 hBN/石墨烯/块体 hBN 系统不会弛豫以采用共同的晶格常数。对于独立单层石墨烯/hBN 双层和 hBN/石墨烯/hBN 三层，能量平衡要接近得多。预测表明，石墨烯与 hBN 交替堆叠中的各层将发生应变以采用共同的晶格常数，因此我们获得了一种具有独特电子结构的新型稳定三维晶体。
引用
@article{arxiv.2501.16567,
title = {Adhesion and Reconstruction of Graphene/Hexagonal Boron Nitride Heterostructures: A Quantum Monte Carlo Study},
author = {Marcin Szyniszewski and Elaheh Mostaani and Angelika Knothe and Vladimir Enaldiev and Andrea C. Ferrari and Vladimir I. Fal'ko and Neil D. Drummond},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.16567},
year = {2025}
}