限制结构超润滑的原子尺度缺陷：以扭曲双层石墨烯为例的从头算研究
介观与纳米尺度物理
2021-10-01 v2 材料科学
摘要
本文通过包含范德华修正的密度泛函理论 (DFT) 计算，研究了一层含有空位的扭曲双层石墨烯的层间相互作用势能面 (PES)。对于具有互质指标 (2,1)（扭曲角 21.8）的莫尔图案，这些计算给出了每个空位 28 meV 的不可忽略的 PES 起伏幅度，以及层间相对滑动的势垒为每个空位 7 - 8 meV。同时，利用拟合 DFT 结果的半经验势，我们证实了无缺陷的扭曲双层石墨烯在相同的莫尔图案下表现出超润滑性，且无限大双层石墨烯的 PES 起伏幅度低于计算精度。我们的结果表明，原子尺度缺陷限制了二维层的超润滑性，并能决定这些层在超润滑状态下的静态和动态摩擦学特性。我们还分析了可用于模拟含缺陷大规模系统摩擦学行为的计算成本低廉的方法。讨论了使用最先进的半经验势描述层间相互作用，以及基于一阶空间傅里叶谐波的近似来描述含缺陷石墨烯层间相互作用的适用性。
引用
@article{arxiv.2108.11109,
title = {Atomic-scale defects restricting structural superlubricity: Ab initio study study on the example of the twisted graphene bilayer},
author = {Alexander S. Minkin and Irina V. Lebedeva and Andrey M. Popov and Andrey A. Knizhnik},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.11109},
year = {2021}
}
备注
11 pages, 4 figures