石墨烯-磷烯异质结构中层间相互作用引起的大尺度磷烯面内收缩
材料科学
2018-07-18 v1
摘要
范德瓦耳斯(vdW)异质结构中的层内形变通常被认为可忽略不计,这是由于层间相互作用的弱本性所致,尤其在界面为非相干时更是如此。本文采用密度泛函理论(DFT)研究了石墨烯-磷烯 vdW 异质结构。为考虑不同层的不匹配弹性贡献,我们考量了巨正则系综中不同于形成能的若干能量量,从而规避了 DFT 中处理近乎不可公度(极大)超晶胞的难题。在所研究的异质结构中,发现相较于自由 standing 形式,磷烯在扶椅型方向上收缩了约 4%。这一大尺度收缩导致电子性质的重要变化,在特定 vdW 异质结构中磷烯的直接电子光学跃迁变为间接跃迁。更一般地,此种收缩表明支撑或封装磷烯中存在此前被忽略的强基底效应,并为该类二维晶体中基底控制的应力电子学(stress-tronic)铺平了道路。此外,我们研究了这些 vdW 异质结构相对于层间旋转角以及堆垛组分的稳定性。发现石墨烯与磷烯特定晶向的对齐在能量上是有利的。同时,提出了若干基于 DFT 估算量的模型,它们尤其有助于更好地理解对应界面中二维材料的整体相互适应,即便在不可公度界面情形下该适应也被预测为不可忽略。
引用
@article{arxiv.1801.07629,
title = {Large phosphorene in-plane contraction induced by interlayer interactions in graphene-phosphorene heterostructures},
author = {Benoit Van Troeye and Aurélien Lherbier and Jean-Christophe Charlier and Xavier Gonze},
journal= {arXiv preprint arXiv:1801.07629},
year = {2018}
}
备注
33 pages, 6 figures