基于路径积分模拟的石墨烯热性质

通过路径积分分子动力学(PIMD)模拟研究了单层石墨烯的热性质，该模拟考虑了晶态膜中振动模式的量子化，并允许考虑这些性质中的非谐效应。通过在零外应力下、温度范围12至2000~K内，利用LCBOPII有效势描述原子间相互作用来研究该系统。我们分析了内能和比热，并将模拟结果与振动模式的简谐近似所得结果进行比较。该近似在高达约400~K的温度下相当精确。在更高温度下，我们观察到由于石墨烯片热膨胀引起的弹性能的影响。讨论了零点和热效应对石墨烯面内及“真实”表面的影响。发现真实面积的热膨胀系数$\alpha$在所有温度下均为正，而面内面积膨胀系数$\alpha_p$在低温下为负，并在$T \gtrsim$ 1000~K时变为正。