硅烯晶界力学性质的演化搜索与理论研究
材料科学
2024-02-21 v2 应用物理
计算物理
摘要
诸如晶界(GBs)之类的缺陷在二维材料合成过程中几乎不可避免。为了利用二维材料引人入胜的性质，理解各种 GB 结构对原始二维薄片的性质与自然影响至关重要。本工作中，我们利用演化算法搜索，预测了与石墨烯或六方氮化硼中发现的原子结构极为不同的多种硅烯 GB 结构。能量最低的 21 个 GB 经密度泛函理论(DFT)验证——据我们所知其中大多数此前未被报道。基于 GB 预测的多样性，我们发现形成能与力学性质可由 GB 内吸附原子位置及特定类型的原子结构（如四原子环）显著改变。为研究这些 GB 的力学行为，我们对 GB 结构逐步施加应变，并使用 DFT 计算考察了 9 个代表性结构的力学性质。观察到基于五元环-七元环对的 GB 结构可能具有与原始硅烯之锯齿取向相似或更高的面内刚度与强度。然而，位于七元环空位处的吸附原子会显著削弱力学强度。对所有结构，面内刚度与强度均随形成能增大而降低。对于 GB 结构的失效行为，发现基于五元环-七元环对的 GB 结构具有类似于石墨烯的失效行为。我们还发现，原子位于二维平面之外的 GB 结构往往在失效前经历相变。利用演化算法，我们定位了多样的硅烯 GB 并获得了其力学性质的有用信息。
引用
@article{arxiv.2309.17407,
title = {Evolutionary Search and Theoretical Study of Silicene Grain Boundaries' Mechanical Properties},
author = {Jianan Zhang and Aditya Koneru and Subramanian K. R. S. Sankaranarayanan and Carmen M. Lilley},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.17407},
year = {2024}
}
备注
25 pages, 9 figures