Дуализм связи и оптоэлектронные свойства бислойных углеродных структур на основе фазы T12 и пента-графена

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе методом теории функционала электронной плотности были исследованы бислойные соединения двумерного аллотропа углерода на основе фазы T12 и пента-графена. При помощи расчета спектров фононных колебаний и молекулярно-динамического моделирования проведена оценка устойчивости рассмотренных двумерных структур при различных типах упаковок и диапазонах температур, продемонстрирована стабильность плоской двумерной структуры до 1350 К. Показано, что соединенияна основе бислойного пента-графена в AA′ и AB′ упаковках имеют минимумы энергии как в состоянии Ван-дер-Ваальсового взаимодействия, так и в виде ковалентно связанных между собой слоев в фазе AA-T12 и T12. Проведен анализ барьера перехода между ковалентно и Ван-дер-Ваальсово связанными AA′ и AB′ упаковками. Рассчитанные электронные и оптические характеристики показывают, чтопри переходе от Ван-дер-Ваальсового связывания к ковалентному происходит значительное уменьшениеширины запрещенной зоны.

Об авторах

А. Н Токсумаков

Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН

Email: adilet.toksumakov@phystech.edu
119334, Москва, Россия

В. С Байдышев

Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН

Email: adilet.toksumakov@phystech.edu
119334, Москва, Россия

Д. Г Квашнин

Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН

Email: adilet.toksumakov@phystech.edu
119334, Москва, Россия

З. И Попов

Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: adilet.toksumakov@phystech.edu
119334, Москва, Россия

Список литературы

  1. E.H. Falcao and F.Wudl, J. Chem. Technol. Biotechnol. 82, 524 (2007).
  2. R. Hoffmann, A.A. Kabanov, A.A. Golov, and D.M. Proserpio, Angewandte Chemie International Edition 55, 10962 (2016).
  3. B.Y. Valeev, A.N. Toksumakov, D.G. Kvashnin, and L.A. Chernozatonskii, JETP Lett. 115, 10 (2022).
  4. S. Zhang, J. Zhou, Q. Wang, X. Chen, Y. Kawazoe, and P. Jena, PNAS 112, 2372 (2015).
  5. L.A. Chernozatonskii, P.B. Sorokin, A.G. Kvashnin, and D.G. Kvashnin, JETP Lett. 90, 134 (2009).
  6. K. S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, I.V. Grigorieva, and A.A. Firsov, Science 306, 666 (2004).
  7. Z. Zhao, F. Tian, X. Dong, Q. Li, Q. Wang, H. Wang, X. Zhong, B. Xu, D. Yu, J. He, H.-T. Wang, Y. Ma, and Y. Tian, J. Am. Chem. Soc. 134, 12362 (2012).
  8. H. Einollahzadeh, R. S. Dariani, and S.M. Fazeli, Solid State Commun. 229, 1 (2016).
  9. Z.G. Yu and Y.-W. Zhang, J. Appl. Phys. 118, 165706 (2015).
  10. W. Xu, G. Zhang, and B. Li, J. Chem. Phys. 143, 154703 (2015).
  11. А.И. Подливаев, К.С. Гришаков, К.П. Катин, М.М. Маслов, Письма в ЖЭТФ 113, 182 (2021).
  12. A. I. Podlivaev, JETP Lett. 111, 613 (2020).
  13. Л.А. Опенов, А.И. Подливаев, Письма в ЖЭТФ 107, 747 (2018).
  14. A. I. Podlivaev, Письма в ЖЭТФ 115, 384 (2022).
  15. J.Wang, Z.Wang, R. J. Zhang, Y.X. Zheng, L.Y. Chen, S.Y. Wang, C.-C. Tsoo, H.-J. Huang, and W.-S. Su, Phys. Chem. Chem. Phys. 20, 18110 (2018).
  16. M.-Q. Cheng, Q. Chen, K. Yang, W.-Q. Huang, W.-Y. Hu, and G.-F. Huang, Nanoscale Res. Lett. 14, 306 (2019).
  17. M.A. Nazir, A. Hassan, Y. Shen, and Q. Wang, Nano Today 44, 101501 (2022).
  18. Z. Sun, K. Yuan, X. Zhang, G. Qin, X. Gong, and D. Tang, Phys. Chem. Chem. Phys. 21, 15647 (2019).
  19. F.Q. Wang, J. Liu, X. Lie, Q. Wang, and Y. Kawazoe, Appl. Phys. Lett. 111, 192102 (2017).
  20. K.A. Tikhomirova, C. Tantardini, E.V. Sukhanova, Z. I. Popov, S.A. Evlashin, M.A. Tarkhov, V. L. Zhdanov, A.A. Dudin, A.R. Oganov, D.G. Kvashnin, and A.G. Kvashnin, J. Phys. Chem. Lett. 11, 3821 (2020).
  21. S.W. Cranford, Carbon 96, 421 (2016).
  22. O. Rahaman, B. Mortazavi, A. Dianat, G. Cuniberti, and T. Rabczuk, FlatChem 1, 65 (2017).
  23. A.V. Kuklin, H. Agren, and P.V. Avramov, Phys. Chem. Chem. Phys. 22, 8289 (2020).
  24. C. P. Ewels, X. Rocquefelte, H.W. Kroto, M. J. Rayson, P.R. Briddon, and M. I. Heggie, PNAS 112, 15609 (2015).
  25. P.V. Avramov, V.A. Demin, M. Luo, C.H. Choi, P.B. Sorokin, B. I. Yakobson, and L.A. Chernozatonskii, J. Phys. Chem. Lett. 6, 4525 (2015).
  26. Y. Zhu, S. Zhang, J. Xu, L. Fan, X. Yu, Y. Wei, C. Hu, and Y. Hang, Diam. Relat. Mater. 122, 108829 (2022).
  27. P. Hohenberg and W. Kohn, Phys. Rev. 136, B864 (1964).
  28. W. Kohn and L. J. Sham, Phys. Rev. 140, A1133 (1965).
  29. G. Kresse and J. Furthm¨uller, Phys. Rev. B 54, 11169 (1996).
  30. G. Kresse and J. Furthm¨uller, Comput. Mater. Sci. 6, 15 (1996).
  31. G. Kresse and J. Hafner, Phys. Rev. B 49, 14251 (1994).
  32. Y. Zhang and W. Yang, Phys. Rev. Lett. 80, 890 (1998).
  33. G. Kresse and D. Joubert, Phys. Rev. B 59, 1758 (1999).
  34. H. J. Monkhorst and J.D. Pack, Phys. Rev. B 13, 5188 (1976).
  35. A. Togo and I. Tanaka, Scr. Mater. 108, 1 (2015).
  36. C. Kittel, Introduction to solid state physics, John Wiley, N.Y. (1966).
  37. S. Plimpton, J. Comput. Phys. 117, 1 (1995).
  38. A.C.T. van Duin, S. Dasgupta, F. Lorant, and W.A. Goddard, J. Phys. Chem. A 105, 9396 (2001).
  39. X. Li, H. Mizuseki, S. J. Pai, and K.-R. Lee, Comput. Mater. Sci. 169, 109143 (2019).
  40. M. Feng, X. Z. Jiang, Q. Mao, K.H. Luo, and P. Hellier, Fuel 254, 115643 (2019).
  41. N. Mounet, M. Gibertini, P. Schwaller, D. Campi, A. Merkys, A. Marrazzo, T. Sohier, I.E. Castelli, A. Cepellotti, G. Pizzi, and N. Marzari, Nat. Nanotechnol. 13, 246 (2018).
  42. G.A. Segal, J. Am. Chem. Soc. 96, 7892 (1974).
  43. L.A. Chernozatonskii, V.A. Demin, A.G. Kvashnin, and D.G. Kvashnin, Applied Surface Science 572, 151362 (2022).
  44. S. Huabing, J. Mater. Chem. 9, 4505 (2021).
  45. A.G. Kvashnin, L.A. Chernozatonskii, B. I. Yakobson, and P.B. Sorokin, Nano Lett. 14, 676 (2014).
  46. P.V. Avramov and A.V. Kuklin, New J. Phys. 24, 103015 (2022).
  47. Y. Ding and Y. Wang, J. Phys. Chem. C 117, 18266 (2013).
  48. L.A. Chernozatonskii, P.B. Sorokin, A.A. Kuzubov, B.P. Sorokin, A.G. Kvashnin, D.G. Kvashnin, P.V. Avramov, and B. I. Yakobson, J. Phys. Chem. C 115, 132 (2011).
  49. X. Wei, B. Fragneaud, C.A. Marianetti, and J.W. Kysar, Phys. Rev. B 80, 205407 (2009).
  50. S. Wang, J. Li, X. Zhu, and M. Wang, Carbon 143, 517 (2019).
  51. J. Shang, L. Pan, X.Wang, J. Li, and Z.Wei, Semicond. Sci. Technol. 33, 034002 (2018).
  52. P.B. Sorokin and B. I. Yakobson, Nano Lett. 21, 5475 (2021).
  53. R.G. Berdiyorov and M. E. Madjet, RSC Adv. 6, 50867 (2016).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023