多层石墨烯的表面起伏的分子动力学模拟.pdfVIP

物理 学报 ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．8(2014) 086102 多层石墨烯的表面起伏的分子动力学模拟冰 常旭十 (商丘师范学院物理与电气信息学院，商丘 476000) (2014年2月 7日收到；2014年 2月27日收到修改稿) 运用经典分子动力学方法，研究了呈现不同堆积方式的多层石墨烯在不同温度下的表面起伏 并且和单 层、双层石墨烯做对比．计算发现：室温下，多层石墨烯中存在着横向特征尺寸约为100A的起伏，该尺寸会随 着温度的升高而增大；同时，起伏的高度也随着温度的升高而增大．这些石墨烯的层内起伏高度关联函数都 遵从幂指数标度行为Gh(q)。(q一 ，对于同一种石墨烯，温度越高幂指数越小；而在同一温度下，不同堆积方 式的石墨烯 的幂指数也不同．所有这些特征都来源于温度以及层 间耦合作用引起的非谐效应． 关键词：多层石墨烯，分子动力学，堆积，起伏 PACS：61．48．Gh，83．10．Rs，61．72．Nn，62．30．+d DOI：10．7498／aps．63．086102 妙地促使了二维晶体结构稳定存在． 1 引 言 单层石墨烯独特的结构，使其具有很多奇特的 物理性质．例如，在其费米面 附近，单层石墨烯呈 单层石墨烯是 由单层碳原子按照蜂窝状结构 现出特殊的色散关系，其中的传导 电子满足有效质 排列而成的二维原子晶体，它可 以包裹成零维的 量为零的相对论Dirac方程，同时还具有反常的整 富勒烯、卷曲而成一维的碳纳米管，或者是堆积形 数量子霍尔效应，以及室温下有长程弹道输运和较 成三维的体相石墨 [，引．近年来，关于单层石墨烯 高的电荷迁移率．这些特殊的性质使其在 以后的纳 的稳定性 问题一直是人们讨论的热点．一般来说， 米光、电子器件 中有着很高的潜在应用价值 [13,14】． 随着物质厚度 的减小，熔化温度也急剧降低，当 而表面起伏的存在会对石墨烯的电子、光学等方面 厚度只有几十个原子层的时候，系统会变得不稳 的性质产生明显的影响 [15,16】，同时作为一种散射 定 [0，．根据 Mermin—Wagner的理论，长波起伏会 机制决定了石墨烯上的电子迁移率 [17,18l，限制 了 使长程有序的二维晶体受到破坏 5【_7]．PeierlsIs]和 Landau[9】也认为热起伏将会破坏二维晶体的长程 电子在平面 内的传导并产生 电荷密度的不均匀性． 序，使其在有限温度下熔化，严格的二维晶体不能 更为重要的是，这些起伏是不是也存在于其他二维 稳定存在．然而，2004年，Novoselov等 1【0j第一次 晶体 中，以及如何维持二维晶体的稳定性都值得进 用微机械剥离法从体相石墨上获得单层和2～3层 行进一步的实验和理论研究． 的石墨烯，且发现它们可 以在外界环境 中稳定地存 同时 双层和多层石墨烯也 引起 了人们 的兴 在．对此，Meyer等 [11]利用透射 电镜观察到这些石 趣．从某些方面来讲，双层和多层石墨烯 比单层石 墨烯并不完全平整，而是表现出物质微观状态下 墨烯更有用，因为人们