悬浮石墨烯中自发曲率的本质

其本征波纹的性质是理解悬浮石墨烯稳定性以及解开关于低维晶态存在长期理论争论的关键因素。在石墨烯及其他二维材料中发现的波纹形貌对其电子、力学和化学性质有深远影响。实际上，在石墨烯发现之前，波纹现象已被广泛观察：例如，晶界粗糙化转变、生物膜中的波纹相、以及由拴系表面建模的柔性片聚合物皱缩。如此多不同类膜状材料中均存在波纹的迷人事实暗示了可能存在一个未知的普遍物理机制。我们将悬浮石墨烯中的波纹视为两部分，用自发曲率k刻画第一部分以稳定可能的软ZA模，用热曲率kt刻画第二部分，其由高度涨落直接引起。通过选择k作为系统的序参量，我们建立了由热涨落修正的朗道理论来描述大尺寸石墨烯的皱折转变。我们发现从0K升高温度时，在依赖于尺寸的临界温度Tc发生二级相变，对应于平衡构型从平坦态到波纹态的改变。有趣的是，序参量随温度升高而稳定，且该相变伴随平衡键长的跳跃以及本征弯曲刚度的消失。所得结果表明波纹形貌与基本激发之间的相互作用对于理解二维材料行为至关重要。此处发展的概念和理论至少对拴系膜具有普遍意义。