Статья 8116

Название статьи

2D-КРИСТАЛЛЫ С ПЯТЬЮ МЕЖАТОМНЫМИ СВЯЗЯМИ ТИПА СЕТОК КЕПЛЕРА 

Авторы

Браже Рудольф Александрович, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физики, Ульяновский государственный технический университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32), brazhe@ulstu.ru
Кочаев Алексей Иванович, кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра физики, Ульяновский государственный технический университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32), a.kochaev@gmail.com

Индекс УДК

539.23:548.12

Аннотация

Актуальность и цели. Из 2D-кристаллических материалов хорошо известны графен и графеноподобные структуры в виде плоских атомных сеток с шестиугольными ячейками. Между тем это только одна из одиннадцати возможных плоских сеток, состоящих из правильных многоугольников (сеток Кеплера). Еще пять из них описывают предложенные нами ранее и исследованные также рядом других авторов так называемые супракристаллы. Целью данной работы является исследование возможности устойчивого существования 2D-кристаллических решеток в виде сеток Кеплера типов 34324, 3342 и 346 (обозначения даны в символах Шлефли).
Материалы и методы. Объектами исследования являются 2D-кристаллические структуры, состоящие из атомов пятой группы (P, As, Sb, Bi) и шестой группы (S, Se, Te) таблицы Менделеева. Численные расчеты длины межатомных связей, отвечающих равновесному состоянию структуры, производились на основе DFT-методов с использованием программного пакета VASP в версии 4.6.
Результаты. Показано, что среди таких новых 2D-кристаллов могут быть как металлы, так и диэлектрики и полупроводники. Кроме того, некоторые из них могут обладать пироэлектрическими и пьезоэлектрическими свойствами.
Выводы. Новые кеплеровские кристаллы могут быть использованы при создании наноэлектронных и наноэлектромеханических устройств.

Ключевые слова

2D-кристаллы, сетки Кеплера, ab initio методы, термодинамическая стабильность

Скачать статью в формате PDF
Список литературы

1. Kepler, J. Weltharmonik II. Buch der Weltharmonik / J. Kepler. – München, Berlin : R. Oldenbourg Verlag, 1939. – P. 63.
2. Егоров-Тисменко, Ю. К. Теория симметрии кристаллов / Ю. К. Егоров-Тисменко, Г. П. Литвинская. – М. : ГЕОС, 2000. – 400 с.
3. Electric field effect in atomically thin carbon film / K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zheng, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, A. A. Firsov // Science. – 2004. – Vol. 306. – P. 666–669.
4. Graphene-like silicon nanoribbons on Ag (110): A possible formation of silicene / B. Aufray, B. Kara, S. Vizzini, H. Oughaddou, C. Leandri, B. Ealet, G. Le Lay // Appl. Phys. Lett. – 2010. – Vol. 96. – P. 183102–183103.
5. Germanene: A novel two-dimensional germanium allotrope akin to graphene and silicene / M. E. Davila, L. Xian, S. Cahangirov, O. Rubio, G. Le Lay // New J. Phys. – 2014. – Vol. 16. – P. 095002–095012.
6. Dean, C. R. Boron nitride substrates for high-quality graphene electronics / C. R. Dean, A. F. Young, I. Eric // Nanotech. – 2010. – Vol. 5. – P. 722–726.
7. Quantum spin Hall insulators in tin films / Y. Xu, B. Yan, H. Zhang, Y. Wang, G. Xu, P. Tang, W. Duan, S. Zhang // Phys. Rev. Lett. – 2014. – Vol. 111. – P. 136804–136807.
8. Balaban, A. T. Annuline, benzo-, hetero-, homo-derivatives and their valence isomers / A. T. Balaban // Comput. Mat. Appl. – 1989. – Vol. 17. – P. 397–416.
9. Octagraphene as a versatile carbon atomic sheet for novel nanotubes, unconventional fullerenes, and hydrogen storage / X. L. Sheng, H. J. Cui H, F. Ye, O. B. Yan, Q. R. Zhang, G. J. Su // J. Appl. Phys. – 2012. – Vol. 112. – P. 074315.
10. Karenin, A. Design and computer modeling of the supracrystals / A. Karenin // Phys.: Conf. Ser. – 2012. – Vol. 315. – P. 012025-1–012025-13.
11. Enyashkin, A. N. Graphene allotropes / A. N. Enyashkin, A. L. Ivanovskii // Phys. Status Solidi (b). – 2011. – Issue 8. – P. 1879−1883.
12. Беленков, Е. А. Классификация структурных разновидностей углерода / Е. А. Беленков, В. А. Грешняков // Физика твердого тела. – 2013. – Т. 55, Вып. 8. – С. 1640–1650.
13. Браже, Р. А. Упругие характеристики углеродных 2D-супракристаллов в сравнении с графеном / Р. А. Браже, А. А. Каренин, А. И. Кочаев, Р. М. Мефтахутдинов // Физика твердого тела. – 2011. – Т. 53, вып. 7. – С. 1406–1408.
14. Kochaev, A. I. 2D supracrystals as promising materials for planar nanoacoustoelectronics // A. I. Kochaev, A. A. Karenin, R. M. Meftakhutdinov, R. A. Brazhe // J. Phys.: Conf. Ser. – 2012. – Vol. 345. – P.012007-1−012007-9.
15. Браже, Р. А. Изгибные волны в графене и 2D-супракристаллах / Р. А. Браже, А. И. Кочаев // Физика твердого тела. – 2012. – Т. 54, вып. 8. – С. 1512–1514.
16. Браже, Р. А. Модуль Юнга и коэффициент Пуассона планарных и нанотубулярных супракристаллических структур / Р. А. Браже, А. И. Кочаев, В. С. Нефедов // Физика твердого тела. – 2012. – Т. 54, вып. 7. – С. 1347–1349.
17. Браже, Р. А. Теплопроводность углеродных супракристаллических нанотрубок / Р. А. Браже, В. С. Нефедов // Физика твердого тела. – 2012. – Т. 54, вып. 7. – С. 1435–1438.
18. Браже, Р. А. Теплопроводность планарных и нанотубулярных супракристаллических структур при температурах ниже температуры Дебая / Р. А. Браже, В. С. Нефедов // Физика твердого тела. – 2014. – Т. 56, вып. 3. – С. 602–606.
19. Isolation and characterization of few-layer black phosphorus /A. Castellanos-Gomez, L. Vicarelli, E. Prada, J. O. Island, K. L. Narasimha-Acharaya, S. I. Blanter, D. I. Groenendijk, M. Buscema, G. A. Steele, J. Alvarez, Z. W. Zandbergen, J. J. Palacios, H. Z. van der Zant // J. 2D Materials. – 2014. – Vol. 1. – P. 025001-1−025001-19.
20. Chandratre, S. Coaxing grapheme to be piezoelectric / S. Chandratre, P. Sharma // Appl. Phys. Lett. – 2012. – Vol. 100. – P. 023144-1−023144-3.
21. Ong, M. T. Engineered piezoelectricity in grapheme / M. T. Ong, E. T. Reed // ACS Nano. – 2012. – Vol. 6. – P. 1387−1394.
22. Браже, Р. А. Пьезоэффект в графеноподобных 2D-супракристаллах с нарушающей центросимметричность периодической перфорацией / Р. А. Браже, А. И. Кочаев, А. А. Советкин // Физика твердого тела. – 2013. – Т. 55, вып. 9. – С. 1809–1912.
23. Браже, Р. А. Пьезоэффект во фторографаноподобных 2D-супракристаллах / Р. А. Браже, А. И. Кочаев, А. А. Советкин // Физика твердого тела. – 2013. – Т. 55, вып.10. – С. 1979–1981.
24. Kresse, G. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set / G. Kresse, J. Furtmüller // Phys. Rev. B. – 1996. – Vol. 54. – P. 11169−11186.
25. Kresse, G. Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set / G. Kresse, J. Furtmüller // Comput. Mat. Sci. – 1996. – Vol. 6. – P. 15−50.
26. Kresse, G. VASP. The Guide (University of Vienna, 2009) / G. Kresse, J. Furtmüller. – URL: http://cms.mpi.univei.ac.at/vasp/.
27. Vanderbilt, D. Soft self-consistent pseudopotentials in a generalized eigenvalue formalism / D. Vanderbilt // Phys. Rev. B. – 1990. – Vol. 41. – P. 7892−7895.
28. Perdew, J. P. Generalized gradient approximation made simple / J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernserhof // Phys. Rev. Lett. – 1996. – Vol. 77. – P. 3865−3868.
29. Monkhorst, H. T. Special points for Brillouin-zone integrations / H. T. Monkhorst, J. D. Pack // Phys. Rev. B. – 1976. – Vol. 13. – P. 5188−5192.
30. Koskinen, P. Self-passivating edge reconstructions of grapheme / P. Koskinen, S. Malola, H. Häkkinen // Phys. Rev. Lett. – 2008. – Vol. 101. – P. 115502-1−115502-4.
31. Dunlap, B. I. Local-density-functional study of the fullerenes, graphene and graphite / B. I. Dunlap, J. C. Boettger // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. – 1996. – Vol. 29. – P. 4907−4913.
32. Hydrogen adsorption on grapheme: A first principle study / V. V. Ivanovskaya, A. Zobelly, D. Teilet-Billy, N. Rougeau, V. Didis, P. R. Briddon // Eur. Phys. J. B. – 2010. – Vol. 76. – P. 481−486.
33. Grossman, J. C. Structure and stability of molecular carbon: Importance of electron correlation / J. C. Grossman, L. Mitas, K. Raghavachari // Appl. Phys. Lett. – 1995. – Vol. 75. – P. 3870−3873.
34. Maslov, M. M. On the thermal stability of tetrahedrane: Tight-binding molecular dynamics study / M. M. Maslov, K. R. Katin // Chem. Phys. – 2011. – Vol. 386. – P. 66−68.
35. Маслов, М. М. Термическая устойчивость кубана С8Н8 / М. М. Маслов, Д. А. Лобанов, А. И. Подливаев, Л. А. Опенов // Физика твердого тела. – 2009. – Т. 51, Вып. 3. – С. 609–612.

 

Дата создания: 23.05.2016 14:36
Дата обновления: 26.08.2016 09:42