Determining the Gaussian Modulus and Edge Properties of 2D Materials: From Graphene to Lipid Bilayers

模数 材料科学 体积模量 石墨烯 高斯分布 剪切模量 抗弯刚度 刚度(电磁) GSM演进的增强数据速率 弯曲 凝聚态物理 物理 统计物理学 纳米技术 复合材料 量子力学 计算机科学 电信
作者
Matthew Zelisko,Fatemeh Ahmadpoor,Huajian Gao,Pradeep Sharma
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:119 (6) 被引量:33
标识
DOI:10.1103/physrevlett.119.068002
摘要

The dominant deformation behavior of two-dimensional materials (bending) is primarily governed by just two parameters: bending rigidity and the Gaussian modulus. These properties also set the energy scale for various important physical and biological processes such as pore formation, cell fission and generally, any event accompanied by a topological change. Unlike the bending rigidity, the Gaussian modulus is, however, notoriously difficult to evaluate via either experiments or atomistic simulations. In this Letter, recognizing that the Gaussian modulus and edge tension play a nontrivial role in the fluctuations of a 2D material edge, we derive closed-form expressions for edge fluctuations. Combined with atomistic simulations, we use the developed approach to extract the Gaussian modulus and edge tension at finite temperatures for both graphene and various types of lipid bilayers. Our results possibly provide the first reliable estimate of this elusive property at finite temperatures and appear to suggest that earlier estimates must be revised. In particular, we show that, if previously estimated properties are employed, the graphene-free edge will exhibit unstable behavior at room temperature. Remarkably, in the case of graphene, we show that the Gaussian modulus and edge tension even change sign at finite temperatures.
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