具有任意结构约束的非晶碳结构建模

在本文中，我们描述了一种生成具有任意结构约束的非晶结构的方法。该方法采用模拟退火算法来最小化一个简单但精心设计的代价函数（CF）。该代价函数由两部分组成：用于能量相关项的简谐近似，以及对未达到期望配位的构型进行惩罚的代价。利用这种方法，我们生成了一组非晶碳结构，涵盖了 $sp$、$sp^2$ 和 $sp^3$ 杂化的几乎所有可能组合。使用 Brenner 势计算了这组非晶碳结构的体积模量。体积模量强烈依赖于平均配位数，遵循指数为 $\nu=1.51 \pm 0.17$ 的幂律行为。本文还提出了一种将不同杂化的碳分离的修正代价函数，并生成了另一组结构。利用这组新的非晶材料，体积模量与平均配位数之间的相关性减弱。所提出的方法可以很容易地进行修改，以探索氢的存在、悬挂键以及碳环等结构特征对物理性质的影响。