基于第一性原理计算的扭曲石墨烯双层与公度莫尔图案畴壁的稳健结构超润滑性
介观与纳米尺度物理
2025-11-04 v1 材料科学
摘要
扭曲石墨烯层在相对滑动时表现出极低的摩擦力。然而，先前的研究表明，对于公度莫尔系统，面积对摩擦的贡献是有限的，并且可能限制大层重叠时的宏观超润滑性。在本文中，我们通过使用vdW-DF3泛函的精确密度泛函理论计算，研究了形成莫尔图案(2,1)和(3,1)的层相对位移的势能面(PES)。得到的PES起伏幅度分别约为每原子0.4和0.03 eV。考虑结构弛豫会使(2,1)图案的该值加倍，而对(3,1)图案仅引起微小变化。我们表明，与对齐的石墨烯层不同，对于莫尔图案，PES的最小值和最大值可以在改变层间距时交换位置。无论是否考虑结构弛豫，PES形状都由第一空间傅里叶谐波很好地描述。基于近似的PES，估计了使超润滑性变得稳健的层相对旋转到非公称状态的势垒。我们还推导出了一组与层间相互作用相关的可测量物理性质，包括剪切模式频率、剪切模量和静摩擦力。此外，我们预测应该可以观察到分隔公度畴的畴壁，每个畴壁包含大量莫尔图案单胞，并提供了对其特性的估计。
引用
@article{arxiv.2511.01338,
title = {Robust structural superlubricity of twisted graphene bilayer and domain walls between commensurate moir\'e pattern domains from first-principles calculations},
author = {Irina V. Lebedeva and Andrey M. Popov and Yulia G. Polynskaya and Andrey A. Knizhnik and Sergey A. Vyrko and Nikolai A. Poklonski},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.01338},
year = {2025}
}
备注
13 pages, 6 figures