Computational Studies of Novel phenomena on the surface of Graphite

Resumen

El uso del primer principio de cálculo de la Teoría Funcional de la Densidad, hemos investigado el efecto de la carga estática externa de la estructura de las escamas de grafito. Como resultado, la reubicación de las cargas y la generación de la fuerza de repulsión están en conformidad con las teorías clásicas. Aún más notable es que la repulsión de Coulomb exfolia las capas de grafeno de ambas superficies de carga positiva de las de grafito. Una vez que la carga excede un valor de umbral, las capas más externas son exfoliadas. Este resultado se utiliza para desarrollar un método para la exfoliación intacta de grafeno. Calculamos la estructura electrónica y propiedades magnéticas de la superficie de grafito hidrogenados utilizando van der Waals Teoría Funcional de la Densidad y modelos hamiltonianos. Hemos obtenido, como se informó anteriormente, que la interacción de los átomos de hidrógeno en el grafeno de una sola capa favorece la adsorción en diferentes sub-retículas junto con un acoplamiento antiferromagnético de los momentos magnéticos inducidos. Por el contrario, cuando el hidrogenación tiene lugar en la superficie de grafito o de múltiples capas de grafeno (Bernal de apilamiento), la interacción entre átomos de hidrógeno compite con las diferentes energías de adsorción para diferentes sub-retículas. Esto se traduce en ferromagnetismo para bajas concentraciones. Basado en los acoplamientos de cambio obtenidos a partir de los cálculos DFT, también hemos evaluado la temperatura de Curie a través de un modelo de Ising-like. Sorprendentemente, la naturaleza de largo alcance del acoplamiento magnético en estos sistemas hace que el tamaño de la temperatura de Curie dependa y sea fácilmente mayor que la temperatura ambiente. Se presenta un estudio teórico de los diferentes mecanismos que resultan de la adsorción selectiva subred de los atomos de hidrógeno sobre la superficie de grafito. En primer lugar, a través de cálculos de la teoría funcional de la densidad, se obtienen las barreras de energía de desorción y el panorama energético de difusión para un solo átomo de hidrógeno sobre una bicapa de grafeno. En segundo lugar, realizamos las simulaciones de cinético de Monte Carlo para estudiar la evolución de una distribución al azar de los átomos de H en la superficie. La desorción y migración de las barreras calculadas junto con la energía de pares de H en grafeno de una sola capa, se utilizan como ingredientes en las simulaciones. Estos revelan que la escala de tiempo para todos los átomos para redistribuir en el mismo subred en orden de segundos y mucho más corto que las tasas de desorción típicos a temperatura ambiente. Esto se traduce en una distribución expontanea de subred que desequilibrada la adsorción H, como se observó recientemente en el experimento.