二维蜂窝结构中的热膨胀：横向声子模式的作用
介观与纳米尺度物理
2016-07-15 v2
摘要
石墨烯及其衍生物（包括六方氮化硼）因在宽温度范围内具有显著的负热膨胀而备受关注，这一现象极不寻常。我们尝试基于声子模式的特征来分析这种异常行为。采用密度泛函微扰理论（DFPT）在准简谐近似下，研究了二维蜂窝结构的纯石墨烯、h-BN 以及硼/氮掺杂石墨烯的线性热膨胀系数（LTEC）。使用 VASP 代码结合 phonopy 代码计算了动力学矩阵和声子频率。该方法首先应用于纯石墨烯以计算热膨胀，结果与先前使用类似方法的计算一致。随后，我们研究了硼/氮掺杂对 LTEC 的影响，并将其与 h-BN 片的 LTEC 进行了比较。在整个研究温度范围（0-1000K）内，石墨烯的 LTEC 均为负值，室温（RT）值为 -3.51×10⁻⁶ K⁻¹。硼/氮掺杂石墨烯以及 h-BN 片的室温 LTEC 值变得更负。为了深入了解负热膨胀的原因，我们计算了各个声子振动模式的贡献。我们注意到，主要是 ZA（横向声学）模式导致了负热膨胀。结论是，二维六角晶格中的横向模式在二维结构的许多热力学性质中扮演着重要角色。
引用
@article{arxiv.1606.07656,
title = {Thermal expansion in 2D honeycomb structures: Role of transverse phonon modes},
author = {Sarita Mann and V. K. Jindal},
journal= {arXiv preprint arXiv:1606.07656},
year = {2016}
}
备注
18 pages, 37 references and 11 figures. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1107.2469, arXiv:cond-mat/0412643 by other authors. Some change in the language an 3 new references added