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硅晶体表面石墨烯褶皱形貌的分子动力学模拟研究

覃业宏 唐超 张春小 孟利军 钟建新

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硅晶体表面石墨烯褶皱形貌的分子动力学模拟研究

覃业宏, 唐超, 张春小, 孟利军, 钟建新

Molecular dynamics study of ripples in graphene monolayer on silicon surface

Qin Ye-Hong, Tang Chao, Zhang Chun-Xiao, Meng Li-Jun, Zhong Jian-Xin
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  • 本文利用分子动力学的方法和模拟退火技术从原子尺度分析研究了Si (100), Si (111)和Si (211)表面单原子层石墨烯的褶皱形貌及其演化特点. 研究表明, 分别置于Si晶体的三种不同原子表面的石墨烯都展现出原子尺度的褶皱形貌. 石墨烯与Si晶体表面原子的晶格失配是引起石墨烯褶皱的主要原因. 研究发现, Si晶体表面石墨烯的褶皱形貌强烈的依赖于退火温度. 石墨烯的褶皱形貌还将直接影响其在Si晶体表面的吸附稳定性. 这些研究结果有助于人们认识基于Si晶体衬底的石墨烯的结构形貌及其稳定性, 为石墨烯的进一步应用提供理论参考.
    By using the classical molecular dynamics and the simulated annealing techniques, the evolutions of the rippled morphology in single atomic graphenes placed on the Si (100), Si (111) and Si (211) surfaces respectively are performed at an atomic level. Our results show that the monolayer graphene sheets on the different Si surfaces form atomic scale rippled structures. A graphene monolayer prepared on Si surface forms rippled structure due to the relative lattice mismatch between graphene and Si substrate. The rippled morphology of graphene sheet on Si surface is strongly dependent on the annealing temperature. Such ripples will directly affect the adhesion strength between graphene and Si substrate. These findings are useful for understanding the structural morphology and stability of graphene on the semiconductor Si substrate, which will provide an analysis reference for further applications of graphene.
    • 基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金(批准号: 11204260, 11304263)、教育部长江学者和创新团队发展计划(批准号: IRT13093), 湖南省自然科学基金(批准号: 14JJ7037)和湘潭大学自然科学研究项目(批准号: 09QDZ08)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Young Scientists Fund of the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11204260, 11304263), the Program for Chang jiang Scholars and Innovative Research Team in University of Ministry of Education of China (Grant No. IRT13093), the Natural Science Foundation of Hunan Province, China (Grant No. 14JJ7037), and the Research Foundation of Xiangtan University, China (Grant No. 09QDZ08).
    [1]

    Obradovic B, Kotlyar R, Heinz F, Matagne P, Rakshit T, Giles M D, Stettler M A, Nikonov D E 2006 Appl. Phys. Lett. 88 142102

    [2]

    Nakada K, Fujita M, Dresselhaus G, Mildred S D 1996 Phys. Rev. B 54 17954

    [3]

    Han M Y, Ozyilmaz B, Zhang Y B, Kim P 2007 Phys. Rev. Lett. 98 206805

    [4]

    Berger C, Song Z, Li X, Wu X, Brown N, Naud C, Mayou D, Li T, Hass J, Marchenkov A N, Conrad E H, First P N, de Heer W 2006 Science 312 1191

    [5]

    Ohta T, Bostwick A, Seyller T, Horn K, Rotenberg E 2006 Science 313 951

    [6]

    Ohta T, Bostwick A, McChesney J L, Seyller T, Horn K, Rotenberg E 2007 Phys. Rev. Lett. 98 206802

    [7]

    Parga A L V, Calleja F, Borca B, Jr P M C G, Hinarejos J J, Guinea F, Miranda R 2008 Phys. Rev. Lett. 100 056807

    [8]

    Johann C, Alpha T. N‘D, Carsten B, Thomas M 2008 Nano Lett. 8 565

    [9]

    Sampsa K. H, Mark P. B, Peter H. J, Ingmar S, Katariina P, Wolfgang M, Jouko L, Peter L, Jani S 2013 Phys. Rev. B 88 201406

    [10]

    Li XS, Cai WW, An JH, Kim S, Nah J, Yang DX, Piner R, Velamakanni A, Jung I, Tutuc E, Banerjee SK, Colombo L, Ruoff RS 2009 Science 3241312

    [11]

    Reina A, Jia XT, Ho J, Nezich D, Son H, Bulovic V, Dresselhaus MS, Kong J 2009 Nano Lett. 9 30

    [12]

    A. van Kan J, Bettiol A A, Watt F 2006 Nano Lett. 6 579

    [13]

    Remeika M, Bezryadin A 2005 Nanotechnology. 16 1172

    [14]

    Ouerghi A, Kahouli A, Lucot D, Portail M, Travers L, Gierak J, Penuelas, Jegou P, Shukla A, Chassagne T, Zielinski M 2010 Appl. Phys. Lett. 96 191910

    [15]

    Suemitsu M, Fukidome H 2010 J. Phys. D: Appl. Phys. 43 374012

    [16]

    Kang C Y, Tang J, Li L M, Yan W S, Xu P S, Wei S Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 037302 (in Chinese) [康朝阳, 唐军, 李利民, 闫文盛, 徐彭寿, 韦世强 2012 物理学报 61 037302]

    [17]

    Chao T, Li J M, Li Z S, Kai W Z, Jian X Z 2008 J. Appl. Phys. 104 113536

    [18]

    Chao T, Xiao L W, Xin T, Xiang Y P, Li Z S, Jian X Z 2012 Chin. Phys. B 61 066803

  • [1]

    Obradovic B, Kotlyar R, Heinz F, Matagne P, Rakshit T, Giles M D, Stettler M A, Nikonov D E 2006 Appl. Phys. Lett. 88 142102

    [2]

    Nakada K, Fujita M, Dresselhaus G, Mildred S D 1996 Phys. Rev. B 54 17954

    [3]

    Han M Y, Ozyilmaz B, Zhang Y B, Kim P 2007 Phys. Rev. Lett. 98 206805

    [4]

    Berger C, Song Z, Li X, Wu X, Brown N, Naud C, Mayou D, Li T, Hass J, Marchenkov A N, Conrad E H, First P N, de Heer W 2006 Science 312 1191

    [5]

    Ohta T, Bostwick A, Seyller T, Horn K, Rotenberg E 2006 Science 313 951

    [6]

    Ohta T, Bostwick A, McChesney J L, Seyller T, Horn K, Rotenberg E 2007 Phys. Rev. Lett. 98 206802

    [7]

    Parga A L V, Calleja F, Borca B, Jr P M C G, Hinarejos J J, Guinea F, Miranda R 2008 Phys. Rev. Lett. 100 056807

    [8]

    Johann C, Alpha T. N‘D, Carsten B, Thomas M 2008 Nano Lett. 8 565

    [9]

    Sampsa K. H, Mark P. B, Peter H. J, Ingmar S, Katariina P, Wolfgang M, Jouko L, Peter L, Jani S 2013 Phys. Rev. B 88 201406

    [10]

    Li XS, Cai WW, An JH, Kim S, Nah J, Yang DX, Piner R, Velamakanni A, Jung I, Tutuc E, Banerjee SK, Colombo L, Ruoff RS 2009 Science 3241312

    [11]

    Reina A, Jia XT, Ho J, Nezich D, Son H, Bulovic V, Dresselhaus MS, Kong J 2009 Nano Lett. 9 30

    [12]

    A. van Kan J, Bettiol A A, Watt F 2006 Nano Lett. 6 579

    [13]

    Remeika M, Bezryadin A 2005 Nanotechnology. 16 1172

    [14]

    Ouerghi A, Kahouli A, Lucot D, Portail M, Travers L, Gierak J, Penuelas, Jegou P, Shukla A, Chassagne T, Zielinski M 2010 Appl. Phys. Lett. 96 191910

    [15]

    Suemitsu M, Fukidome H 2010 J. Phys. D: Appl. Phys. 43 374012

    [16]

    Kang C Y, Tang J, Li L M, Yan W S, Xu P S, Wei S Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 037302 (in Chinese) [康朝阳, 唐军, 李利民, 闫文盛, 徐彭寿, 韦世强 2012 物理学报 61 037302]

    [17]

    Chao T, Li J M, Li Z S, Kai W Z, Jian X Z 2008 J. Appl. Phys. 104 113536

    [18]

    Chao T, Xiao L W, Xin T, Xiang Y P, Li Z S, Jian X Z 2012 Chin. Phys. B 61 066803

  • [1] 郑钦仁, 詹涪至, 折俊艺, 王建宇, 石若立, 孟国栋. 石墨烯的形貌特征对其场发射性能的影响. 物理学报, 2024, 73(8): 086101. doi: 10.7498/aps.73.20231784
    [2] 魏宁, 赵思涵, 李志辉, 区炳显, 花安平, 赵军华. 石墨烯尺寸和分布对石墨烯/铝基复合材料裂纹扩展的影响. 物理学报, 2022, 71(13): 134702. doi: 10.7498/aps.71.20212203
    [3] 明知非, 宋海洋, 安敏荣. 基于分子动力学模拟的石墨烯镁基复合材料力学行为. 物理学报, 2022, 71(8): 086201. doi: 10.7498/aps.71.20211753
    [4] 刘青阳, 徐青松, 李瑞. 氮掺杂对石墨烯摩擦学特性影响的分子动力学模拟. 物理学报, 2022, 71(14): 146801. doi: 10.7498/aps.71.20212309
    [5] 崔焱, 夏蔡娟, 苏耀恒, 张博群, 张婷婷, 刘洋, 胡振洋, 唐小洁. 基于石墨烯电极的蒽醌分子器件开关特性. 物理学报, 2021, 70(3): 038501. doi: 10.7498/aps.70.20201095
    [6] 白清顺, 窦昱昊, 何欣, 张爱民, 郭永博. 基于分子动力学模拟的铜晶面石墨烯沉积生长机理. 物理学报, 2020, 69(22): 226102. doi: 10.7498/aps.69.20200781
    [7] 李兴欣, 李四平. 退火温度调控多层折叠石墨烯力学性能的分子动力学模拟. 物理学报, 2020, 69(19): 196102. doi: 10.7498/aps.69.20200836
    [8] 陈超, 段芳莉. 氧化石墨烯褶皱行为与结构的分子模拟研究. 物理学报, 2020, 69(19): 193102. doi: 10.7498/aps.69.20200651
    [9] 史超, 林晨森, 陈硕, 朱军. 石墨烯表面的特征水分子排布及其湿润透明特性的分子动力学模拟. 物理学报, 2019, 68(8): 086801. doi: 10.7498/aps.68.20182307
    [10] 白清顺, 沈荣琦, 何欣, 刘顺, 张飞虎, 郭永博. 纳米微结构表面与石墨烯薄膜的界面黏附特性研究. 物理学报, 2018, 67(3): 030201. doi: 10.7498/aps.67.20172153
    [11] 王俊珺, 李涛, 李雄鹰, 李辉. 液态镓在石墨烯表面的润湿性及形貌特征. 物理学报, 2018, 67(14): 149601. doi: 10.7498/aps.67.20172717
    [12] 韩同伟, 李攀攀. 石墨烯剪纸的大变形拉伸力学行为研究. 物理学报, 2017, 66(6): 066201. doi: 10.7498/aps.66.066201
    [13] 董若宇, 曹鹏, 曹桂兴, 胡帼杰, 曹炳阳. 直流电场下水中石墨烯定向行为研究. 物理学报, 2017, 66(1): 014702. doi: 10.7498/aps.66.014702
    [14] 杨文龙, 韩浚生, 王宇, 林家齐, 何国强, 孙洪国. 聚酰亚胺/功能化石墨烯复合材料力学性能及玻璃化转变温度的分子动力学模拟. 物理学报, 2017, 66(22): 227101. doi: 10.7498/aps.66.227101
    [15] 林文强, 徐斌, 陈亮, 周峰, 陈均朗. 双酚A在氧化石墨烯表面吸附的分子动力学模拟. 物理学报, 2016, 65(13): 133102. doi: 10.7498/aps.65.133102
    [16] 郑伯昱, 董慧龙, 陈非凡. 基于量子修正的石墨烯纳米带热导率分子动力学表征方法. 物理学报, 2014, 63(7): 076501. doi: 10.7498/aps.63.076501
    [17] 徐志成, 钟伟荣. C60轰击石墨烯的瞬间动力学. 物理学报, 2014, 63(8): 083401. doi: 10.7498/aps.63.083401
    [18] 叶振强, 曹炳阳, 过增元. 石墨烯的声子热学性质研究. 物理学报, 2014, 63(15): 154704. doi: 10.7498/aps.63.154704
    [19] 韩同伟, 贺鹏飞. 石墨烯弛豫性能的分子动力学模拟. 物理学报, 2010, 59(5): 3408-3413. doi: 10.7498/aps.59.3408
    [20] 李 瑞, 胡元中, 王 慧, 张宇军. 单壁碳纳米管在石墨基底上运动的分子动力学模拟. 物理学报, 2006, 55(10): 5455-5459. doi: 10.7498/aps.55.5455
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-03-31
  • 修回日期:  2014-09-10
  • 刊出日期:  2015-01-05

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