双层石墨烯中具有周期性缺陷晶格的平零能带证据

在本工作中，我们基于密度泛函理论进行第一性原理计算，研究在石墨烯双层间插入碳原子所产生的影响。我们利用双层的原胞构建更大的原胞（超胞），将单个碳原子置于单层间的空位位置并周期性复制超胞。通过增大原胞尺寸并随之提高插入原子的周期性，我们得以最小化碳-碳相互作用，从而推断当插入原子彼此不相互作用时双层在电子、振动与热行为上的变化。关于电子性质的主要结果是费米能级处出现双重简并平带。这些态被解释为源于插入原子引起的双层周期性形变。它充当非阿贝尔通量网络，产生如 San-Jose、González 与 Guinea 在 2012 年所预测的零能带。由于与缺陷阵列相关的周期应变场对双层的电子性质有如此强烈的影响，它或许具有实际应用价值。例如，它可充当冻结的磁类场通量管。由此可设计全碳纳米结构，使其不同区域的电子行为由所选缺陷图案定制。