双层旋转石墨烯分子动力学性质模拟

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石墨烯与双层旋转石墨烯是二维平面结构的新型碳材料,旋转石墨烯是在碳化硅表面外延生长石墨片层的过程中发现的。多层石墨包括旋转石墨体系的结构分析是其实际应用的关键所在。而晶格振动谱是在碳材料的研究中起到了非常重要的作用。  本文在单层石墨烯和双层石墨烯的研究基础上,以AB结构的双层石墨烯作为初始结构,旋转第二层石墨烯得到不同旋转角度下的旋转石墨烯结构。首先我们对旋转石墨烯体系的结构和对称性做出分析,分析了旋转角度与旋转石墨烯周期性结构之间的关系,然后利用分子动力学方法研究了旋转石墨烯结构的晶格振动谱。对单层和双层石墨烯碳材料,利用基于量子力学的第一性原理和原子间相互作用力常数方法可获得声子色散曲线。而对于旋转石墨体系,相对理想的双层石墨而言,其结构的对称性降低,原胞内原子数增加,基于量子力学的计算方法比较困难。因此,我们利用分子动力学方法,选择适当的经验势函数来计算旋转石墨烯体系的声子谱。本文计算了以(p,q)值来表征的不同结构的双层旋转石墨烯结构。同时为了减少计算时间,在计算过程中我们利用了差分的方法,得到不同旋转石墨烯的声子色散曲线和模式密度。参与拉曼散射和红外吸收的声子均为长波长的声子,因此本文还给出了布里渊区中心点Γ点的声子的振动模特性。文中给出的旋转石墨烯结构,声子振动频率和对称性分析为晶格振动谱在石墨烯体系的结构分析的实际应用中奠定了理论基础。
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