通过优化形变设计二维晶体的电子性质

当前材料科学研究前沿的大多数二维电子系统都有一个诱人的共同特征，即能够轻松地在系统中引入平面形变和弯曲的组合。由于电子性质最终由原子轨道重叠的细节决定，此类机械操纵可转化为修改后的电子性质。在此，我们提出了一种通用的优化框架，通过操纵局部应变状态来定制二维电子系统的物理性质，从而实现从设计到实验实施的一步式路径。一个具体的例子是优化实验参数以在石墨烯中产生规定的赝磁场空间分布，这一选择鉴于当前石墨烯纳米结构实验的相关性而显得尤为重要。但该方法的通用性足以容纳多种可能的实验参数和条件，通过这些参数和条件可将形变施加于石墨烯晶格，并且其设计本身符合石墨烯的弹性平衡和弹性相容性约束。因此，它有效地解决了逆问题，即确定一组外部或控制参数的最优值，使得产生的石墨烯形变所关联的赝磁场分布与规定目标最佳匹配。能够快速解决这一逆问题是实现按需应变工程化电子性质的二维系统概念实际化的关键一步。这种计算策略的通用性质意味着它可以轻松应用于优化其他直接依赖于局部应变场的相关物理量，不仅限于石墨烯，也适用于其他二维电子膜。