金属基外延石墨烯相图非谐效应探讨

考虑到原子的非简谐振动,建立了物理模型,应用固体物理理论和方法,研究了金属基外延石墨烯电子系统的可能状态和相图,并以钨基底上的外延石墨烯为例,探讨了原子非谐振动和电子排斥作用对相图的影响。结果表明,(1)金属基外延石墨烯电子系统有3种可能相:自旋波状态(BC)的反铁磁相、电荷密度态(BZ)的顺磁相和半金属态(PM)的半金属相;(2)外延石墨烯呈现的相,取决于石墨烯中原子内部电子关联U和原子间电子关联G的变化。对钨基外延石墨烯而言,当U=0.332 84 eV和G=0.119 04 eV时,会出现半金属相、反铁磁相、顺磁相三相共存;(3)原子的非简谐振动对金属基外延石墨烯的相图有重要的影响。不考虑原子非简谐振动时,外延石墨烯的相变曲线与温度无关;而考虑原子非简谐振动后,相变曲线不仅与温度有关,而且对发生相变的条件要求更高:原子内部电子关联U要更强。温度愈高,发生半金属-反铁磁-顺磁相变愈难,原子非简谐振动效应愈显著。