单层石墨莫比乌斯纳米带的形成判据和能量变化

摘要：

莫比乌斯带是一种无向的几何面,从带面上任何一点出发都可到达带面上任何一点.可以通过对一个二维矩形带的扭转对接得到莫比乌斯带.单层石墨纳米材料Graphene的发现为研究莫比乌斯带提供了一个真实的物理模型.然而与纯粹几何面不同,在Graphene莫比乌斯带结构中碳原子分布是离散的,由于平面Graphene的平衡键长约为1.42 A,在形成莫比乌斯带后键长将发生一定变化,这就使得并非对于任意数目的碳原子Graphene平面都会形成相应的莫比乌斯带结构.这里有两个基本问题需要回答:(ⅰ)平面Graphene形成莫比乌斯带需要满足什么条件.(ⅱ)当平面Graphene形成莫比乌斯带之后,由于键长键角的变化引起的能量变化是怎样的.本文第一次系统地研究了这一体系.根据Lindemann判据,我们发现当平面Graphene的横纵单元数之比小于7时,不存在满足我们假设的莫比乌斯带,当Graphene的横纵单元数之比大于50时,存在满足我们假设的莫比乌斯带.当Graphene的横纵单元数之比处于7～50之间时,我们给出了判别莫比乌斯带存在性的计算方法.应用遗传算法我们发现,随着原子数的增加,由平面Graphene变化到莫比乌斯带所产生的弹性形变能是呈指数递减的.

关键词：单层石墨纳米结构、莫比乌斯带、林德曼判据、弹性能量、遗传算法

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分类号：O4(物理学)

资助基金：教育部新世纪优秀人才支持计划NCET-06-0011;高等学校博士学科点专项科研基金200800010013

在线出版日期：2009-11-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：1300-1311