石墨烯的弹性常数：经验势与 DFT 计算的比较
介观与纳米尺度物理
2019-02-14 v1
摘要
我们检验了流行的经典原子间势描述石墨烯弹性性质的能力。考虑了 Tersoff 势、Brenner 反应键级势 REBO-1990、REBO-2000、REBO-2002 和 AIREBO，以及 LCBOP、PPBE-G、ReaxFF-CHO 和 ReaxFF-C2013。通过静态能量计算研究了石墨烯在单轴拉伸下的线性和非线性弹性响应。针对实验测量和第一性原理研究可得的参考数据，验证了杨氏模量、泊松比和高阶弹性模量。我们进行了密度泛函理论计算，以补充小但有限伸长下有效杨氏模量和泊松比的参考数据。观察到对于所有考虑的势，弹性能量在仅几个百分数的伸长下就明显偏离简单的二次依赖关系。尽管如此，LCBOP 给出的结果与参考数据一致，从而真实地描述了石墨烯的面内变形。计算代价较低的 PPBE-G 势也观察到合理的一致。REBO-2000、AIREBO 和 REBO-2002 给出了强非线性弹性响应，且三阶弹性模量符号错误，相应结果远离参考数据。ReaxFF 势严重高估了泊松比。此外，ReaxFF-C2013 在有限伸长下表现出若干数值伪影。石墨烯的弯曲刚度也通过对大直径碳纳米管的静态能量计算获得。此情况下与实验和第一性原理数据最佳吻合由 REBO-2000、REBO-2002 和 ReaxFF 势实现。因此，所考虑的势中没有一个能充分描述石墨烯的面内和面外变形。
引用
@article{arxiv.1902.04855,
title = {Elastic constants of graphene: Comparison of empirical potentials and DFT calculations},
author = {Irina V. Lebedeva and Alexander S. Minkin and Andrey M. Popov and Andrey A. Knizhnik},
journal= {arXiv preprint arXiv:1902.04855},
year = {2019}
}
备注
17 pages, 2 figures