裂纹扩展过程中局部应变石墨烯器件的室温力学与电子输运性能

《Scientific Reports》：Room-temperature mechanical and electronic transport properties in locally strained graphene devices during crack propagation

　　

摘要

本研究采用分子动力学（MD）模拟结合紧束缚（TB）和非平衡格林函数（NEGF）方法，研究了锯齿形石墨烯器件（ZGDs）和扶手椅形石墨烯器件（AGDs）在室温下局部拉伸应变条件下的机械性能和电子输运特性。器件首先在300 K下进行热平衡处理，随后施加局部拉伸应变和边缘驱动载荷。所得原子构型用于分析电子输运特性，包括断裂过程中裂纹扩展的影响。研究结果表明，高温和施加应变均会降低传输系数和电子电导。然而，ZGDs由于稳健的边缘态保持金属特性，而AGDs表现出具有可调带隙的半导体行为。应力-应变分析突出了不同加载条件下弹性模量、断裂强度和应变极限的差异，特别是与裂纹扩展机制相关的方面。研究结果阐明了石墨烯器件中局部变形、断裂演化和电子输运之间的关系，从而为应变依赖的纳米电子和纳米机电系统提供了原子级见解。