热质子穿过原始石墨烯的量子隧穿
化学物理
2017-04-13 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
诸如石墨烯和六方氮化硼的原子级薄二维材料近来被发现对热质子具有可观的渗透性，使这些材料成为分离技术的新兴候选者[S. Hu et al., Nature 516, 227 (2014); M. Lozada-Hidalgo et al., Science 351, 68 (2016).]。这些显著发现尚无法用密度泛函电子结构计算解释，后者给出的势垒反而比实验值高出1.0 eV。本文中，我们通过证明质子穿过原始石墨烯的传输是由量子核效应驱动的，解决了这一难题，该效应相较于经典分子动力学(MD)结果将传输势垒大幅降低了高达1.4 eV。我们的Feynman-Kac路径积分MD模拟明确揭示了强相互作用氢离子穿过二维材料的量子隧穿机制。此外，我们预测在真空和室温下石墨烯的传输势垒存在1 eV的强同位素效应。这些发现不仅阐明了石墨烯对质子和氘核的渗透性，也为控制纳米结构分离膜中潜在的量子离子传输机制提供了新见解。
引用
@article{arxiv.1605.06341,
title = {Quantum Tunneling of Thermal Protons Through Pristine Graphene},
author = {Igor Poltavsky and Limin Zheng and Majid Mortazavi and Alexandre Tkatchenko},
journal= {arXiv preprint arXiv:1605.06341},
year = {2017}
}