今天老王给大家分享一个计算二维材料剥离能的高效方法。

自第一个二维(2D)材料石墨烯剥离以来，实验学家试图从机械剥离中分离出越来越多由一个或几个原子层组成的二维材料。当然，机械剥离可行性的一个非常重要的标准是其能量消耗。计算这种能量消耗非常重要，不仅可以解释为什么某些材料容易脱落，而且还可以预测哪些二维材料可以从大块化合物中分离出来，作为实验人员的指导。

事实上，在计算和预测新型二维材料的时候，我们经常会评估二维材料的剥离能。通过剥离能的计算我们可以知道从二维材料的体相获得其单层的难易程度。通过与实验已经剥离的二维材料，如，石墨烯，h-BN，MoS2等的剥离能对比，就可以准确评估我们预测的二维材料是否容易通过机械剥离的方法获得。

传统方法：

通常，我们会采用平板法计算剥离能，即建立二维材料的平板模型，通过使想要剥离的一层或几层二维材料远离平板模型而获得剥离二维材料的能量曲线。当能量增加变缓甚至不变就可以认为二维材料已经被剥离开来，此时相对于初态获得能量增加就是剥离能。

图1. 剥离二维材料Ti₂PTe₂一层的距离能量变化曲线

图片来自：RSC Adv., 2019,9, 15536-15541

通过以上描述可知，该方法计算量很大，需要多次重复的计算较厚的平板模型。自然，如何提高计算效率并且不失计算的准确性成为了研究人员的疑问。

新方法：

2018年韩国首尔国立大学Cheol-Hwan Park和浦项工科大学Jisoon Ihm等人证明了可以精确地获得剥离能量的新方法。他们所提出的方法比传统方法大大降低了计算成本，因为它不需要采用厚板模型进行计算；并且该方法对存在任何类型的表面重构的二维材料仍然有效；另外，该方法考虑了单个剥离层的弛豫（面内晶格参数和原子位置），以及其容易与各种多体计算方法相结合。作为证明，他们使用密度泛函理论对两种剥离能计算方法计算的石墨烯、六方氮化硼、MoS₂和磷烯的剥离能进行了对比。 【Nano Lett. 2018, 18, 5, 2759-2765】

图2. 新的剥离能计算方法示意图

（a-d）剥离过程的步骤。水平虚线表示假设的块体周期边界。

（e）剥离能量是构型I和IV之间的能量差，即块体平均每层的基态能量和真空中完全弛豫原子层之间的差异。

总结：

剥离能=块体平均每层的基态能量-真空中完全弛豫的剥离层（一层或多层）能量

通过以上方法可以高效快捷的计算材料的剥离能，用到该方法的读者，请引用文献：Nano Lett. 2018, 18, 5, 2759-2765。