二维晶体中的非谐声子理论

利用解析和数值晶格动力学方法，研究了具有蜂窝状晶格结构的原子单层薄晶体中的非谐效应。从三阶和四阶非谐耦合的半经验模型出发，我们研究了广义波矢依赖的 Gr"uneisen 参数、热张力以及热膨胀系数的面内和面外（弯曲）模式分量随温度和晶体尺寸的变化关系。通过位移 - 位移关联函数的共振，我们获得了经典和量子机制下面内声子和弯曲声子的重整化及衰变率随温度、波矢和晶体尺寸的变化函数。文中给出了石墨烯的定量结果。我们发现，随着系统尺寸减小以及弯曲模式频率的重整化，从负热膨胀到正热膨胀的转变温度会降低。贯穿整个布里渊区的广泛数值分析探讨了各种衰变和散射通道，并研究了正常过程和 Umklapp 过程的相对重要性。本工作是对二维晶体中非谐效应的晶态膜理论和计算研究的补充。