王丹 邱荣 陈博 包南云 康冬冬 戴佳钰

(国防科技大学物理系, 长沙 410073)

二维冰是典型的原子制造技术获得的新型原子级材料, 其结构和成核生长在材料科学、摩擦学、生物学、大气科学和行星科学等众多领域具有至关重要的作用.虽然二维冰的结构性质已被广泛研究, 但对其电学和光学性质知之甚少.本文通过密度泛函理论和线性响应理论计算了二维冰相I在零温时的主要电学、光学、介电性质和红外光谱.其次, 利用从头算分子动力学方法模拟得到了二维冰相I在有限温度下的声子振动态密度.本文的结果揭示了原子级二维冰相I的电子结构, 同时展示了其独特的光吸收机理, 有助于二维冰相I的进一步实验表征和原子级操控.由于表面上的二维冰可以促进或抑制三维冰的形成, 这对于设计和研发防结冰材料具有潜在的应用价值.此外, 二维冰本身也可以作为一种特殊的二维材料, 为高温超导电性、深紫外探测、冷冻电镜成像等研究提供全新的标准材料.

1 引 言

冰是一种常见的物质, 它的结构和成核生长在材料科学、摩擦学、生物学和大气科学等许多领域都起着至关重要的作用[1−8].早在20世纪20年代,Bragg等[9]利用X射线表征首次得到了冰的晶体结构, 从此揭开了冰晶体结构研究的序幕.经过近百年的研究和探索, 迄今为止人们已经发现了18种冰的晶相(三维冰相)[10−13], 其中自然界中最常见的冰相是六边形冰相[14−16].然而, 冰在二维极限下……