石墨烯中孤子的動力學行為及其對晶格熱傳導性質(zhì)的影響.pdf

1、本文主要研究了石墨烯中孤子的動力學行為及其對熱學性質(zhì)的影響。石墨烯作為人工制造的二維材料,不僅為低維系統(tǒng)的理論研究提供了真實模型,而且由于其獨特的電學、熱學、光學特性,在新型器件和材料的開發(fā)上具有廣闊的前景。相比較傳統(tǒng)材料而言,石墨烯具有的極高熱導率,這一點近年來引起了實驗和理論研究方面越來越多的重視。在低維材料中,孤子通常被認為對熱學性質(zhì)具有重要的影響。因此,研究石墨烯中是否存在孤子以及孤子對熱學性質(zhì)的影響在理論上和應用上具有重要意義

2、。另一方面,低維材料可能存在的熱整流現(xiàn)象因為其重要的應用前景,逐漸成為物理學中的研究熱點之一。實現(xiàn)石墨烯中的熱整流對于研究基于石墨烯的微納米器件具有深刻影響,但是目前石墨烯中的熱整流現(xiàn)象卻還沒有被充分揭示和研究。
　　 本文首先通過分子動力學模擬的方法,以類似模擬退火的方式,觀察到石墨烯中的一系列不同類型的孤子。然后通過數(shù)學解析的方法,推導出描述石墨烯動力學的非線性薛定諤(NLS)方程,并證明在一定條件下的確可以得到在分子動力學

3、模擬中觀察到的一類典型孤子所對應的解。這類孤子屬于亞聲速孤子,它們在傳播過程中保持能量動量以及形狀不變,在相互碰撞后仍然能保持各自的內(nèi)稟屬性,同時在碰撞過程中產(chǎn)生孤子相移。這類孤子的出現(xiàn)只需要較低能量的激發(fā),因此在常溫下可能會對石墨烯的熱學性質(zhì)產(chǎn)生可觀察的影響。孤子的存在為石墨烯的高熱導現(xiàn)象提供了一種可能的微觀解釋機制。進而研究了這類孤子與質(zhì)量界面(兩邊分別由不同質(zhì)量的碳原子所組成的界面)的散射性質(zhì)。在合理定義了孤子的能量、動量以后,得

4、到相應的動量和能量的反射率。而孤子的能量反射率對質(zhì)量界面具有對稱性,也就是,無論孤子從質(zhì)量密度大的介質(zhì)入射質(zhì)量密度小的介質(zhì),還是從質(zhì)量密度大的介質(zhì)入射質(zhì)量密度小的介質(zhì),孤子具有相同的能量的反射率。同時由于聲子對這種界面的散射也具有對稱性,因此上述結(jié)論意味著,石墨烯中質(zhì)量界面散射不會導致熱整流效應。這一點被本文直接的分子動力學計算所證實,同時還進一步證實了質(zhì)量密度以梯度分布的石墨烯也不會具有熱整流效應。本文針對一種特殊的構(gòu)型的石墨烯,即非