单层石墨烯和氮化硼上短原子链的自组装机制

利用第一性原理平面波计算，研究了单层六方氮化硼 (h-BN) 上短碳原子链以及石墨烯上短 BN 链的成核与生长机制。我们的分析始于单个碳吸附原子的吸附并考察其迁移。一旦 C$_2$ 在 h-BN 上成核，每个额外碳原子在其近邻处的插入都会以一种独特的方式使碳原子链短片段一次增长一个原子：现有链离开其初始位置，随后从其底端连接到碳吸附原子的顶部。这些垂直吸附在 h-BN 上的链的电子、磁性和结构性质取决于链中的碳原子数量，表现出偶奇差异。单个碳链也可以通过在 h-BN 的宽带隙中引入局域态来改变电子结构。作为相反情况，我们考察了石墨烯上短 BN 原子链的生长，其性质取决于与基底结合的原子是 B 还是 N 而有所不同。这些结果结合生长过程的从头算分子动力学模拟，揭示了生长链有趣的自组装行为。此外，我们发现这些原子链通过为各种吸附原子的键合创造活性位点，增强了 h-BN 和石墨烯片的化学活性，并可作为这些蜂窝状结构两层或多层片之间的支柱，留出更宽的间距以实现特定分子的高容量存储。