扭角工程化石曼势用于双层石墨烯的高性能离子导电体
材料科学
2026-03-31 v1
摘要
控制离子传输是先进能源存储的基本挑战。双层石墨烯提供了一个独特的平台，通过扭角相关的石曼超晶格来调制离子扩散，但常规堆叠配置面临固有权衡：AA 堆叠提供稳定的锂嵌入但高扩散势垒，而 AB 堆叠实现快速扩散但嵌入稳定性差。扭角双层石墨烯 (tBLG) 有望克服这一限制，但跨不同扭角的系统性理解仍有限。本文使用第一性原理密度泛函理论研究 tBLG 中的锂嵌入，评估多个扭角下的嵌入能和扩散势垒，通过势能面 (PES) 映射。Sigma 37 结构 (9.43 度) 同时实现了所检验所有结构中最有利的嵌入能 (-2.39 eV) 和最低的扩散势垒 (0.14 eV)，解决了常规堆叠的权衡。此外，利用平滑原子位置重叠 (SOAP) 描述符，我们展示 PES 由局部原子环境主导，训练在有限结构上的模型对未测试配置的 PES 具有高准确性。这种可迁移性 enables efficient screening without exhaustive first-principles calculations，建立了一个用于二维层状材料离子传输扭角工程的系统框架。
引用
@article{arxiv.2603.27453,
title = {Twist-Angle Engineering of Moir\'e Potentials for High-Performance Ionics in Bilayer Graphene},
author = {Gen Fukuzawa and Yebin Lee and Teruyasu Mizoguchi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.27453},
year = {2026}
}
备注
10 pages, 5 figures, 1 table, (SI: 3 pages, 2 figures, 2 tables)