双层石墨烯是一种由两层石墨烯片层以不同的堆垛方式进行堆叠而形成的材料，它在电子学和半导体器件中有巨大应用潜力。为了使双层石墨烯在实际应用中更具有实用价值，例如在场效应晶体管中使用，就必须解决其零能隙的问题，即开启其能隙。本研究探讨了不同堆垛方式对双层石墨烯能隙的影响，以及如何通过第一性原理计算来预测和调控这一影响。 第一性原理计算是一种基于量子力学原理来计算材料性质的方法，能够为了解物质的电子结构提供基本的理论依据。在本研究中，研究者通过第一性原理计算，探讨了不同堆垛方式对双层石墨烯能隙的影响。 堆垛方式通常指的是一层石墨烯相对于另一层石墨烯的空间排列方式。在双层石墨烯中，最为人熟知的堆垛方式有AB堆垛和AA堆垛。在AB堆垛中，上层石墨烯的一个原子与下层石墨烯的一个原子正对着，而AA堆垛则指的是两层石墨烯的原子完全重叠。此外，还有转角石墨烯，也就是两层石墨烯之间有旋转角度的情况。不同的堆垛方式会直接影响双层石墨烯的物理和化学性质。 研究者使用了表面功能化的氮化硼材料作为基底，来进一步增大双层石墨烯的能隙。氮化硼是一种具有较强极性的材料，与双层石墨烯结合后，可以改变其电子结构，从而开启或改变能隙大小。研究发现，AB堆垛方式下，双层石墨烯的能隙可以达到约0.430eV，而AA堆垛和转角石墨烯则无法打开能隙，即能隙接近零。 此外，该研究还表明，研究者的方法能够有效屏蔽外界电场对能隙的影响。这说明了在外界电场存在的情况下，通过特定的堆垛方式，可以保持双层石墨烯的能隙稳定。与其它打开双层石墨烯能隙的方法相比，本研究提出的方法在保持双层石墨烯结构完整性的同时，得到的能隙大小非常适合运用于电子器件中。 由于研究中提出的方法在实验中易于实现，因此研究结果被认为将有助于石墨烯在半导体器件中的应用，并促进石墨烯技术的发展。这表明，通过调控双层石墨烯的堆垛方式，可以有效地调控其电子性质，进而为石墨烯在电子器件中的应用开拓了新的可能性。 本研究通过理论计算和实验探索，揭示了不同的堆垛方式对双层石墨烯能隙的影响，并发现通过选择合适的堆垛方式和基底材料，可以有效调控双层石墨烯的能隙大小，这对于推动石墨烯在电子器件和半导体技术中的应用具有重要意义。此外，这项研究还为未来进一步探索石墨烯材料的电子性质和器件应用提供了宝贵的理论支持和实验指导。

1.VASP简介 VASP是一个基于量子力学的第一性原理软件包，内容包含VASP的代码包和赝势，需要在Linux下安装和运行，Linux命令上手一般3-6个月。 VASP主要是做结构优化，电子性质（态密度，能带结构，电荷密度，光学性质等），第一性原理分子动力学。 ### VASP与MedeA软件概述及应用 #### VASP：量子力学的第一性原理软件包 ##### 1.1 VASP简介 VASP (Vienna Ab initio Simulation Package) 是一款广泛应用于材料科学领域的量子力学模拟软件包。该软件基于密度泛函理论 (Density Functional Theory, DFT)，能够进行精确的物理和化学性质计算。VASP的核心功能包括但不限于结构优化、电子性质分析（如态密度、能带结构、电荷密度以及光学性质等）、以及第一性原理分子动力学模拟。 ##### 1.2 安装与运行环境 由于VASP主要是在Linux操作系统环境下运行，因此用户需要具备一定的Linux操作基础。对于新手而言，熟悉Linux命令通常需要3-6个月的时间。这包括了解基本的文件管理、程序编译和调试等技能。 ##### 1.3 核心功能介绍 - **结构优化**：通过能量最小化的方法调整原子位置，寻找最稳定的晶体或分子结构。 - **电子性质分析**： - **态密度 (Density of States, DOS)**：用于分析材料中的电子能级分布。 - **能带结构 (Band Structure)**：揭示材料的电子结构特征，对半导体和绝缘体尤为重要。 - **电荷密度 (Charge Density)**：分析电子云分布情况，帮助理解化学键合特性。 - **光学性质**：包括吸收谱、折射率等，用于研究材料的光电性能。 - **第一性原理分子动力学**：模拟原子尺度上的热运动，有助于理解材料在不同温度下的行为。 #### MedeA：集成化的材料设计平台 MedeA是由Materials Design公司开发的一款集成化的材料设计软件。它提供了一个用户友好的界面，使得科学家和工程师能够在统一的环境中进行材料性质预测、模型构建以及数据分析等工作。MedeA与VASP等其他计算工具兼容，可以方便地进行数据交换和结果可视化。 ##### 2.1 核心特点 - **强大的图形用户界面**：MedeA提供了直观易用的图形界面，便于用户快速构建复杂的模型并执行高级计算任务。 - **广泛的材料数据库**：内置了大量材料的属性数据，覆盖了从元素到复杂化合物的各种材料。 - **灵活的数据处理与分析工具**：支持多种数据格式，允许用户轻松导入外部计算结果，并进行深入分析。 ##### 2.2 主要应用领域 - **材料科学**：用于新材料的设计与发现，如催化剂、电池材料等。 - **纳米技术**：研究纳米粒子的结构与性质，探索其潜在应用。 - **表面科学**：模拟表面反应过程，优化催化效率。 - **固态化学**：预测晶体结构稳定性，探索新型固体材料。 #### 综合应用案例 在实际研究中，结合使用VASP和MedeA可以大大提高工作效率和研究深度。例如，在新材料的设计过程中，首先利用MedeA构建初始结构模型，然后通过VASP进行结构优化和电子性质计算，最后再返回到MedeA进行数据分析和结果可视化。这种流程不仅能够加快研究进程，还能确保数据的一致性和准确性。 ### 结论 VASP作为一款成熟且功能强大的第一性原理计算软件，在材料科学领域有着广泛的应用前景。而MedeA则以其集成化的特性为用户提供了一站式的解决方案。两者结合使用，可以极大地促进科学研究的进展。对于希望从事材料科学领域的研究人员来说，掌握这两款软件的使用方法将是十分有益的。

La掺杂Mg合金力学性能第一性原理计算，何亚蒂，王轶农，本文通过采用第一性原理，计算分析了再纯Mg结构中置换固溶入少量的La元素后，对Mg金属力学性能的影响。文章首先分析了合金的存在性

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为了研究煤炭表面吸附甲烷的一般规律，从原子层面研究煤炭表面吸附甲烷分子的微观机理。先简化煤炭表面的分子模型，用Materials Studio软件建立煤体表面吸附甲烷的数值模型，用第一性原理方法的VASP软件计算了石墨烯在弛豫和非弛豫状态下吸附甲烷的电荷密度、吸附能等，同时计算了不同甲烷分子在石墨烯顶位和间隙位置的吸附能和态密度。计算结果表明：石墨烯吸附甲烷时，首选在C原子顶位吸附；吸附甲烷以后，石墨烯的导电性能消失，由导体变成了半导体或绝缘体；可以通过吸附以后的DOS图中能隙宽度预测吸附能的高低；随着吸附甲烷浓度的增大，体系吸附能逐渐降低，稳定性也降低。

VASP计算软件包简介 VASP，其全称是Vienna Ab-initio Simulation Package。它基于1989年的CASTEP(1989版)，最早是由Gerorgo Kresse 和Jürgen Furthmüller合作，共同开发出来的，1995年被正式命名为VASP，随后被开发者不断完善。VASP是一种使用赝势和平面波基组进行从头量子力学分子动力学计算和第一性原理计算的软件包，主要用于具有周期性的晶体或表面的计算，可以采用大单胞，也可以用于处理小的分子体系。

最小二乘 LSMS是用于使用多重散射理论对材料进行可伸缩的第一性原理计算的代码。 引用LSMS 如果您发布使用LSMS获得的结果，我们要求您引用以下出版物： Y. Wang，通用汽车股票公司，华盛顿谢尔顿，DMC Nicholson，WM Temmerman和Z. Szotek。 电子结构计算的n阶多重散射方法。 物理牧师75，2867（1995）。 如果使用了GPU加速版本，请另外引用： 艾森巴赫（M. Eisenbach），拉尔金（J. Larkin），卢琴斯（Ltjens），雷尼希（S. GPU加速局部自洽的多重散射码，用于基态的第一性原理计算和材料的统计物理。 计算机物理通讯211，2 （2017）。 以及使用蒙特卡洛模拟进行的计算： 艾森巴赫（M. Eisenbach），C.-G。 Zhou，DMC Nicholson，G。Brown，J.Larkin和TC Schu

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