研究目的
利用透射质子的角分布和彩虹散射效应研究石墨烯原子的热运动。
研究成果
彩虹散射可用于研究石墨烯的热运动。内层彩虹对热振动不敏感，能反映石墨烯结构；外层彩虹则具有敏感性，可建模为椭圆。我们开发了一种从彩虹图案中提取协方差矩阵的数值方法，适用于各向异性和相关运动。该方法可用于材料分析和温度依赖性研究。
研究不足
该研究为理论性研究，基于模拟开展；未进行实验验证。假设条件包括采用Doyle - Turner势、忽略某些色散和能量损失，以及分子动力学模拟中对应变的敏感性。该方法需要对质子束参数进行精确控制，且可能因势模型选择和实验不确定性而产生误差。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用理论建模与模拟方法。静态质子-石墨烯相互作用势通过Doyle-Turner公式构建，热效应通过原子位移对势能进行平均处理。协方差矩阵基于德拜理论建模，并通过分子动力学（LAMMPS模拟器）计算。通过计算质子轨迹构建角分布并分析彩虹图案。
2：样本选择与数据来源：
根据文献假设石墨烯样品为衬底外延生长或悬浮纳米带形式。模拟使用包含不同碳原子数（如11250个原子的石墨烯片）的计算超胞。
3：实验设备与材料清单：
因论文属理论研究未详述具体实验设备，但参考示意图包含质子源、加速器、准直系统、带测角仪的相互作用腔室及探测器（配备图像传感器的静电分析仪）。材料包括石墨烯样品和质子束流。
4：实验流程与操作步骤：
针对均匀碰撞参数计算质子轨迹，通过数值求解运动方程，从碰撞参数到散射角的映射推导角分布，利用开发的数值程序从彩虹图案提取协方差矩阵。
5：数据分析方法：
数据分析包含插值与拟合程序（如幂律拟合标度关系，常数或指数拟合协方差分量），采用统计方法及LAMMPS等MD模拟软件工具。
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LAMMPS
Sandia National Laboratories
Classical molecular dynamics simulator used for calculating atom trajectories and covariance matrices.
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Electrostatic Analyzer
Detects protons with specific scattering angles and energies in the experimental setup.
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Image Sensor
Part of the proton detection system to record angular distributions.
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Goniometer
3-axis
Used to orient the graphene sample in the interaction chamber.
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