将全部石墨炔材料设计为石墨烯衍生物：电子性质的拓扑驱动调控
材料科学
2021-03-25 v1
摘要
设计具有可调性质的新二维系统对科学和技术而言是重要的课题。从石墨烯出发，我们开发了一种算法，以系统性地生成属于石墨炔（GDYs）家族、具有不同结构和 sp/sp2 碳比率的二维碳晶体。我们分析了结构和拓扑效应如何调控相对稳定性和电子行为，从而为开发具有定制性质的新系统提出合理性依据。共生成了 26 种结构，包括已知的诸如 {\alpha}-、\b{eta}- 和 {\gamma}-GDY 多晶型体。我们采用周期性密度泛函理论计算来优化二维晶体结构，并计算总能量、能带结构和态密度。相对于石墨烯的相对能量被发现随碳 sp/sp2 比率增大而升高，但遵循基于晶体中特殊拓扑结构的不同趋势。这些拓扑也影响能带结构，产生具有有限带隙的半导体、显示狄拉克锥的零带隙半导体或金属性系统。不同趋势使得识别某些拓扑效应可作为超越石墨烯设计新二维碳材料的可能指导方针。
引用
@article{arxiv.2103.13085,
title = {Designing all graphdiyne materials as graphene derivatives: topologically driven modulation of electronic properties},
author = {Patrick Serafini and Alberto Milani and Davide M. Proserpio and Carlo S. Casari},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.13085},
year = {2021}
}