石墨烯结构缺陷的构型及其对输运性质的影响

本章结合了分析（统计热力学和动力学）与数值（基于Kubo-Greenwood形式）方法，用于确定点缺陷（杂质、空位）和线缺陷（晶界、原子台阶）的构型对石墨烯中电荷输运的影响。预测并描述了可能的替代型和间隙型石墨烯基超结构。掺杂原子在格点或间隙位置上的排列与决定杂质构型的原子间相互作用能相关。根据原子间相互作用是短程还是长程，得到了以相互作用能参数表示的低温柔定性图。子晶格间相互作用相对于子晶格内相互作用的优势导致有序化过程动力学的非单调性。对于实验上最重要的点缺陷、中性吸附原子和屏蔽带电杂质情况，杂质的空间相关性不影响石墨烯的电导率，而原子有序化可使电导率在弱和强短程势下提高数十倍。对于长程势，没有观察到有序化效应。揭示了沿和垂直于线缺陷方向电导率的各向异性，并且与随机线缺陷情况相比，相关线缺陷使石墨烯电导率提高。同时，石墨烯中相关（和/或有序）的点缺陷和线缺陷可使电导率相对于随机分布提高数百倍。以石墨烯中不同的B或N掺杂构型为例，将Kubo-Greenwood方法的结果与DFT方法的结果进行了比较。