俄罗斯科学院金属超塑性问题研究所L.Kh. Galiakhmetova等–高温下石墨烯中位错偶极子的动力学

石墨烯等二维结构中的缺陷会显著影响其力学和物理性能。因此，系统地研究石墨烯中缺陷动力学的时间演化具有重要的意义。采用分子动力学模拟方法研究了高温下平面石墨烯中位错偶极子的动力学行为。揭示了臂长为0 ~ 30 Å的位错偶极子不同的位错运动情况。在这些位错偶极子中，有Stone – Wales缺陷，其中位错在偶极子中有很强的相互作用。讨论了位错偶极子随臂长和温度的湮灭过程。研究发现，对于臂长l > 16 Å的位错偶极子，在高温下容易发生湮灭。本工作提供了高温下位错运动的详细描述。

图1. 缺陷石墨烯的典型结构。(a)DD₄的模拟单元格;(b)偶极子部分模拟单元;五原子环呈蓝色，七原子环呈红色;所有结构均以xy和xz平面上的投影形式呈现。

图2. 位错偶极子DD₂和三种类型的动力学事件:(I)滑移;(II)形成新的形成缺陷;(III)位错相互向对方运动。五原子环呈蓝色，七原子环呈红色。DD之前的位置用绿色的六原子环表示。黑色箭头表示位错的运动方向。

图3. 位错偶极子DD₃和主要动力学事件类型。五原子环呈蓝色，七原子环呈红色。DD之前的位置用绿色的六原子环表示。黑色箭头表示位错的运动方向。

图4. 位错偶极子DD₆和主要类型的动态事件。五原子环为蓝色，八原子环为紫色，七原子环为红色。DD之前的位置用绿色的六原子环表示。黑色箭头表示位错的运动方向。

图5. 位错偶极子DD₈、DD₁₀及其主要的动态事件类型。五原子环为蓝色，八原子环为紫色，七原子环为红色。DD之前的位置用绿色的六原子环表示。黑色箭头表示位错的运动方向。

图6. (a)石墨烯与DD的第一次滑动事件的概率P与温度的函数；符号表示数值型数据，实线和虚线表示近似曲线；(b)开始第一次滑动时的温度与偶极子臂的函数。

图7. (a)对于DD₂，DD₃，DD₆和DD₁₀的代表性样品，第二次滑动事件的概率P与温度的函数。符号表示数值型数据，实线表示逼近曲线。(b)开始第二次滑动时的温度与偶极子臂的函数。

图8. (a)对于DD₂，DD₃，DD₆，DD₈和DD₁₀的代表性样品，SW缺陷形成的概率P与温度的函数。符号表示数值型数据，实线表示逼近曲线。(b)SW缺陷形成开始的温度与偶极臂的函数。

图9. 部分仿真单元，不同臂DDs的每个原子的能量分布。

相关研究成果由俄罗斯科学院金属超塑性问题研究所L.Kh. Galiakhmetova等人于2024年发表在Diamond & Related Materials (https://doi.org/10.1016/j.diamond.2024.110896)上。原文：Dynamics of dislocation dipoles in graphene at high temperatures