范德瓦尔斯修正交换关联泛函在石墨烯与六方氮化硼层间相互作用中的性能比较

对包含范德瓦尔斯相互作用修正的交换关联泛函（PBE-D2、PBE-D3、PBE-D3(BJ)、PBE-TS、optPBE-vdW 和 vdW-DF2）在石墨烯和六方氮化硼的块体及双层形式下进行了测试。考虑了势能面的特征，如层间相对滑动的势垒和起伏幅度，以及与层间相对面内和面外运动相关的物理可测量性质，包括剪切模量和轴向压缩模量、剪切模式频率和面外振动频率。PBE-D3(BJ) 泛函对于实验已知为基态的六方氮化硼和石墨堆垛给出了最佳结果。然而，它未能正确描述氮化硼亚稳态在能量上的顺序。正确重现该顺序的 PBE-D3 和 vdW-DF2 泛函被确定为一般性研究的最佳选择。vdW-DF2 泛函在评估轴向压缩模量和面外振动频率时更受青睐，而 PBE-D3 泛函在计算剪切模量和剪切模式频率时略为精确。然而，对后一类性质的最佳描述，也可通过将 vdW-DF2 泛函与实验层间距的考量相结合来实现。在石墨烯的特例中，PBE-D2 泛函表现非常好，并可通过参数调整进一步改进。