我們使用第一性原理電子結(jié)構(gòu)計算，研究了鋰嵌入雙層扭曲石墨烯中的影響。為了對該系統(tǒng)進行建模，采用了相應(yīng)的超晶胞，它們對應(yīng)于7.34°和2.45°的扭曲角。從鋰吸收的能量學上，我們證明了對于低的Li濃度，嵌入劑聚集在AA區(qū)域中，密度是均勻分布的兩倍。Li原子提供給石墨烯層的電荷會改變能帶結(jié)構(gòu)，這種能帶結(jié)構(gòu)可以使用參數(shù)空間區(qū)域中經(jīng)過修改的層間耦合的連續(xù)模型定性地捕獲，但該參數(shù)空間尚未通過實驗或理論進行探索。因此，插入層和扭曲層的組合同時提供了對材料特性進行空間控制的手段，以及一個額外的旋鈕，可用來調(diào)節(jié)石墨烯扭曲雙層中的莫爾層物理特性，其潛在應(yīng)用范圍從能量存儲和轉(zhuǎn)換到量子信息。
Figure 1. （a）在2.45°電池（實心圓）和7.34°電池（空心綠色圓）中，單個Li嵌入劑的嵌入能量E
I。（b）在松弛的2.45°石墨烯電池中，六個Li原子圍繞第七個Li原子（黑色）排列成一個圓形，該第七個Li原子位于AA區(qū)域的中心。（c）成對Li嵌入劑中每個原子E
I的平均嵌入能量與Li原子d
2之間距離的函數(shù)。（d）對于（b）中所示的七個Li原子的構(gòu)型，E
I vs d
7。
Figure 2. 以Å和AB區(qū)域之間的直線為中心，距離為r(Å)的5Å圓中，石墨烯層之間的平均間距h(Å)。
Figure 3. （a-c）2.45°扭曲雙層石墨烯電池的DFT能帶結(jié)構(gòu)。（d）AA（AB）層間耦合增加（減少）30％的連續(xù)模型。
Figure 4. 7.34°電池帶有三個Li原子位于AA區(qū)域附近，電荷密度差異的俯視圖和側(cè)視圖。
相關(guān)研究成果于2020年由哈佛大學Efthimios Kaxiras課題組，發(fā)表在PHYSICAL REVIEW B（DOI: 10.1103/PhysRevB.101.075407）上。原文：Effects of lithium intercalation in twisted bilayer graphene。
