请教一下平面结构石墨烯怎么优化

cheap_81 · 发表于 Post on 2022-5-31 00:16:38

100多个原子的平面结构，一优化就弯曲变形，请指教。

snljty2 · 发表于 Post on 2022-6-22 16:21:01

wzkchem5 发表于 2022-6-22 15:21
今天看到了一篇文章https://arxiv.org/abs/0807.2938，根据计算发现（1）Mermin-Wagner定理对石墨烯非平 ...

有趣，谢谢王老师指教！

wzkchem5 · 发表于 Post on 2022-6-22 15:21:35

snljty2 发表于 2022-6-2 15:32
据说这里的“连续对称性”指的是把体系平移任意距离，比如半个单胞的长度，体系依然完全不变，这跟石墨烯 ...

今天看到了一篇文章https://arxiv.org/abs/0807.2938，根据计算发现（1）Mermin-Wagner定理对石墨烯非平面性的贡献随石墨烯尺寸增加而对数增长，但即便石墨烯和太阳系一样大，Mermin-Wagner定理造成的非平面性也不到1埃，远小于实验观测到的波动幅度；（2）热振动可以解释实验的波动幅度，但是热振动比实验观测的时间尺度要快，所以实验只能看到热平均结构，还是解释不了为什么实验能看到波动。最后结论是石墨烯非平面可能是因为石墨烯吸附了少量杂质导致的。

wzkchem5 · 发表于 Post on 2022-6-3 00:41:35

snljty2 发表于 2022-6-2 15:32
据说这里的“连续对称性”指的是把体系平移任意距离，比如半个单胞的长度，体系依然完全不变，这跟石墨烯 ...

嗯，我同意在非零温下石墨烯不是平面的。但是我还是觉得（1）不用Mermin-Wagner定理也能证明这个结论，因为非零温下任意微观态都有可能被遍历到，而平面石墨烯对应的微观态数无限小于非平面石墨烯对应的微观态数，所以纯从熵的角度讲，石墨烯也会偏离平面；（2）如果只用Mermin-Wagner定理是无法证明这个结论的，因为Mermin-Wagner定理只是说非零温下石墨烯不可能是二维周期性结构，没说不可能是二维结构，所以石墨烯有可能纯粹以键长变得不等长、或键角偏离120度的方式来破坏周期性，并不是非得偏离平面性才能符合Mermin-Wagner定理。
此外不管怎么讲，这个定理都没有解决零温下石墨烯是否是平面的问题。实验只能在非零温下做，但是计算默认是在零温下算的，所以仅由Mermin-Wagner定理和实验观测结果，并不能说（零温下的）计算也应该得到非平面的结果。

snljty2 · 发表于 Post on 2022-6-2 22:32:40

wzkchem5 发表于 2022-6-2 20:42
“其连续对称性不可能发生自发破缺”，应该证明的是非零温下石墨烯的平均结构肯定是严格平面的吧？
非零 ...

据说这里的“连续对称性”指的是把体系平移任意距离，比如半个单胞的长度，体系依然完全不变，这跟石墨烯不一样。另外据说实验上测到的没有基底的真空的石墨烯也不是平面的，而是在偏离平面的方向有几个纳米级别的波动。我是看为什么说石墨烯在发现前被认为是不可能存在的？这里说的。

wzkchem5 · 发表于 Post on 2022-6-2 20:42:10

snljty2 发表于 2022-6-2 13:02
听说好像是统计物理上Mermin-Wagner定理证明，任何具有连续对称性的二维热力学系统，在非零温下，其连续 ...

“其连续对称性不可能发生自发破缺”，应该证明的是非零温下石墨烯的平均结构肯定是严格平面的吧？
非零温下的瞬时结构肯定是非平面的，不需要这个定理也能证明；零温下是不是平面的靠这个定理没法证明，因为这个定理说的是非零温情形

snljty2 · 发表于 Post on 2022-6-2 20:02:03

wzkchem5 发表于 2022-6-1 15:22
尺寸大了不平是实验的结论还是计算的结论？
如果是实验的结论，是不是只是因为实验温度降不到0K？或者因 ...

听说好像是统计物理上Mermin-Wagner定理证明，任何具有连续对称性的二维热力学系统，在非零温下，其连续对称性不可能发生自发破缺，在此基础上二维真空下无限延展的石墨烯不可能是严格平面的。只是听说，我不懂这个

wzkchem5 · 发表于 Post on 2022-6-2 19:24:19

biogon 发表于 2022-6-2 11:29
看不少计算文章得出来的结论，我也算过数百个原子的石墨烯晶胞确实也会出现这种情况

如果是周期体系的话，还有一个因素就是晶胞常数可能很难完全收敛，如果初始晶胞比实际晶胞小一点，而且收敛限不是很严的话，也可能导致石墨烯不是平面的

chemren2 · 发表于 Post on 2022-6-2 18:46:07

sob老师边界加氢了，可能跟这个有关

biogon · 发表于 Post on 2022-6-2 18:29:15

wzkchem5 发表于 2022-6-1 15:22
尺寸大了不平是实验的结论还是计算的结论？
如果是实验的结论，是不是只是因为实验温度降不到0K？或者因 ...

看不少计算文章得出来的结论，我也算过数百个原子的石墨烯晶胞确实也会出现这种情况

wzkchem5 · 发表于 Post on 2022-6-1 15:22:37

biogon 发表于 2022-6-1 03:47
MW定理在二维零温下是没问题的，所以零温下小尺寸的片段是平的，但是实际上片段尺寸大了以后也会倾向于不 ...

尺寸大了不平是实验的结论还是计算的结论？
如果是实验的结论，是不是只是因为实验温度降不到0K？或者因为零点振动？

biogon · 发表于 Post on 2022-6-1 10:47:45

wzkchem5 发表于 2022-5-31 15:17
平衡结构确实是平的吧，只不过（1）优化完全收敛很困难，（2）有限温度下会偏离平衡结构

MW定理在二维零温下是没问题的，所以零温下小尺寸的片段是平的，但是实际上片段尺寸大了以后也会倾向于不平，不知道为什么

wzkchem5 · 发表于 Post on 2022-5-31 15:17:35

biogon 发表于 2022-5-31 07:51
无衬底的石墨烯确实就不是平的，想要平的可以加对称性约束吧

平衡结构确实是平的吧，只不过（1）优化完全收敛很困难，（2）有限温度下会偏离平衡结构

biogon · 发表于 Post on 2022-5-31 14:51:37

无衬底的石墨烯确实就不是平的，想要平的可以加对称性约束吧

cheap_81 · 发表于 Post on 2022-5-31 13:49:48

sobereva 发表于 2022-5-31 07:08
18碳环（cyclo[18]carbon）与石墨烯的相互作用：基于簇模型的研究一例
http://sobereva.com/615（http://b ...

好的，感谢社长回复。

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