锥型及其他形状碳的电性能计算

莱斯大学和莫斯科的研究人员利用理论锥型展示弯曲石墨烯的独特电子性质。

(图片来源: Yakobson Group/Rice University)

根据莱斯大学和俄罗斯物理学家们的理论计算，弯曲石墨烯可能是控制电性能的最基本方法。莱斯实验室的Boris Yakobson与莫斯科的研究人员合作发现在纳米锥中该效应是明显的且可预测的，应该同样适用于其他形式的石墨烯。

研究人员发现它可能接近所谓的一种电子挠曲电效应，通过按某种方式扭曲石墨烯，它的电子性质可被控制。

这项工作将吸引那些考虑把石墨烯应用在柔性触摸屏，或通过控制碳原子电偶极矩的存储器的人，研究人员说。

因为原子电荷在平面上相互抵消，完美的石墨烯是只有一个原子厚度的碳导体。但具有一定曲率的石墨烯片层，在凹处压缩键间的电子云，而在凸处延伸电子云，从而改变他们的电偶极矩，该特性控制着原子如何极化并与外部电场相互作用。

研究人员发现可以计算被卷成任何尺寸和长度的石墨烯圆锥的挠曲电效应，并将结果发表在本月美国化学学会的《物理化学快报》杂志上。

研究人员利用密度泛函理论计算石墨烯晶格中单个原子的偶极矩，然后计算它们的累积效应。他们认为他们的技术可被用来计算其他更复杂形状石墨烯的效应，如起伏的石墨烯或扭曲的富勒烯，他们也对其中一些进行了分析。

“虽然平面状的石墨烯或圆柱状的纳米管的偶极矩为零，但其间存在可在实验室生产的锥状形态，它们的偶极矩很大并与锥长度成线性比例，”Yakobson说。

碳纳米管，无缝石墨烯圆筒不显示总偶极矩，他说。虽然看起来不是零，由于矢量诱导极距彼此抵消。

而这与锥并不相同，每个原子与临近原子的正负电荷平衡不相同，当直径改变时，键上的力略有不同。研究人员指出沿着边缘的原子也提供电，但分析计算边缘接触的两个锥体，允许他们忽略这些，来简化计算。

Yakobson看到新发现特点的潜在用处。“一个可能影响深远的特点是穿过卷曲石墨烯的电压降，”他说。“它可以允许局部改变功函数，并让工程师通过弯曲设计双层或多层的能带结构叠加。也可能通过创建分割和空洞，改变三维碳架构的曲率，获得不同的电化学电位，具有更“酸”或“碱”的性质。”

新材料在线编译整理——翻译：Grubby    校正：摩天轮