拉伸应力下石墨烯的热性质

石墨烯的热性质表现出与其晶体薄膜二维特性相关的奇特特征。在施加拉伸和压缩应力时，这些性质可以被改变和调控。此处我们通过路径积分分子动力学（PIMD）模拟研究拉伸应力下的石墨烯单层，该方法可考虑振动模式的量子化并分析非谐性对物理观测量的影响。我们针对不断增大的拉伸应力和升高的温度（热膨胀）研究了晶体薄膜中由应变引起的弹性能量的影响。我们分析了石墨烯的内能、焓和比热，并将PIMD模拟所得结果与振动模式的简谐近似结果进行比较。该近似在低温下精确，并随温度和压力升高而变差。低温下比热对无应力石墨烯按 $c_p \sim T$ 变化，并随拉伸应力增大演化为 $c_p \sim T^2$ 的依赖关系。结构和热力学性质显示出不可忽略的量子效应，即便在高于300~K的温度下也是如此。此外，我们讨论了石墨烯面内面积与真实面积的差异及其相关性质。这些差异在相应的压缩率和热膨胀系数中清晰显现。