Моделирование переноса энергии индуцированного продольными колебаниями атомного ряда в углеродных нанолентах

И.П. Лобзенко1,2, И. Еваззаде3, М.Р. Рокнабади3, Р.И. Махмутова4, С.В. Дмитриев2,5
1Институт физики молекул и кристаллов Уфимского научного центра Российской академии наук, пр. Октября 75, 450054, Уфа, Россия
2Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, ул Ст. Халтурина 39, 450001, Уфа, Россия
3Университет им. Фирдоуси, шоссе Вакилабад, 9177948974, Машхад, Иран
4Башкирский государственный аграрный университет, ул. 50 лет Октября 34, 450001, г. Уфа, Россия
55Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, ул. Политехническая 29, 195251, Санкт-Петербург, Россия
Аннотация
Методами молекулярной динамики исследован перенос энергии в углеродных нанолентах в присутствии дискретных бризеров. Рассмотрены наноленты протяжённые вдоль направления "кресло" и узкие вдоль направления "зигзаг" графена. Система рассматривалась под действием растяжения с компонентами εxx = 0.35 (что соответствует растяжению в направлении "зигзаг") и εyy = −0.1 (что соответствует сжатию в направлении "кресло"). Указанное растяжение индуцирует появление запрещённой зоны в фононном спектре графена и таким образом ведёт к возможности возбуждения дискретных бризеров с частотами в щели спектра. Передача энергии системе осуществлялась при помощи искусственного раскачивания центрального ряда атомов, формирующих цепочку в виде зигзага (цепочка вытянута вдоль направления x). Раскачивание соответствует синусоидальными осцилляциям атомов вблизи их положений равновесия вдоль оси y. Показано, что для частот раскачивания, лежащих в цели фононного спектра системы, существует область ненулевой мощности передачи энергии наноленте. Показана связь этого феномена с возбуждением в системе двух дискретных бризеров (по одному с каждой стороны раскачиваемого ряда атомов). В случае частот раскачивания меньших чем резонансная частота возникающего бризера, энергия в систему передаются крайне слабо, то есть бризер препятствует распространению энергии от раскачиваемого ряда атомов в наноленту. При превышении резонаносной частоты (частоты бризера) дискретный бризер напротив способствует передаче энергии от раскачиваемого ряда наноленте. Данная работа проливает свет на возможные применения дискретных бризеров в процессах управления энергопереносом.
Принята: 02 июня 2016
Просмотры: 117   Загрузки: 30
Ссылки
1.
A. J. Sievers and S. Takeno, Phys. Rev. Lett. 61, 970 (1988).
2.
S. Flach and A. V. Gorbach, Physics Reports 467, 1 (2008).
3.
D. K. Campbell, S. Flach, and Y. S. Kivshar, Physics Today 57, 43 (2004).
4.
P. Binder, D. Abraimov, A. V. Ustinov, S. Flach, and Y. Zolotaryuk, Phys. Rev. Lett. 84, 745 (2000).
5.
R. Morandotti, U. Peschel, J. S. Aitchison, H. S. Eisenberg, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 83, 2726 (1999).
6.
M. Sato, B. E. Hubbard, and A. J. Sievers, Rev. Mod. Phys. 78, 137 (2006).
7.
J. B. Page, Phys. Rev. B 41, 7835 (1990).
8.
G. M. Chechin, S. V. Dmitriev, I. P. Lobzenko, and D. S. Ryabov, Phys. Rev. B 90, 045432 (2014).
9.
J. Marin and S. Aubry, Nonlinearity 9, 1501 (1996).
10.
G. M. Chechin, G. S. Dzhelauhova, and E. A. Mehonoshina, Phys. Rev. E 74, 036608 (2006).
11.
G. M. Chechin and G. S. Dzhelauhova, Journal of Sound Vibration 322, 490 (2009).
12.
S. V. Dmitriev, E. A. Korznikova, J. A. Baimova, and M. G. Velarde, Uspekhi Fizicheskikh Nauk 186, 471 (2016).
13.
B. I. Swanson, J. A. Brozik, S. P. Love, G. F. Strouse, A. P. Shreve, A. R. Bishop, W.-Z. Wang, and M. I. Salkola, Phys. Rev. Lett. 82, 3288 (1999).
14.
G. Kalosakas, A. R. Bishop, and A. P. Shreve, Phys. Rev. B 66, 094303 (2002).
15.
M. Manley, M. Yethiraj, H. Sinn, H. Volz, A. Alatas, J. Lashley, W. Hults, G. Lander, and J. Smith, Physical review letters 96, 125501 (2006).
16.
M. E. Manley, J. W. Lynn, Y. Chen, and G. H. Lander, Physical Review B 77, 052301 (2008).
17.
M. Manley, A. Sievers, J. Lynn, S. Kiselev, N. Agladze, Y. Chen, A. Llobet, and A. Alatas, Physical Review B 79, 134304 (2009).
18.
A. J. Sievers, M. Sato, J. B. Page, and T. Rössler, Phys. Rev. B 88, 104305 (2013).
19.
S. A. Kiselev and A. J. Sievers, Phys. Rev. B 55, 5755 (1997).
20.
L. Z. Khadeeva and S. V. Dmitriev, Phys. Rev. B 81, 214306 (2010).
21.
M. Haas, V. Hizhnyakov, A. Shelkan, M. Klopov, and A. J. Sievers, Phys. Rev. B 84, 144303 (2011).
22.
A. A. Kistanov, Y. A. Baimova, and S. V. Dmitriev, Tech. Phys. Lett. 38, 676 (2012).
23.
A. A. Kistanov and S. V. Dmitriev, Tech. Phys. Lett. 39, 618 (2013).
24.
A. A. Kistanov, S. V. Dmitriev, A. S. Semenov, V. I. Dubinko, and D. A. Terent’ev, Tech. Phys. Lett. 40, 657 (2014).
25.
A. A. Kistanov, R. T. Murzaev, S. V. Dmitriev, V. I. Dubinko, and V. V. Khizhnyakov, JETP Letters 99, 353 (2014).
26.
N. K. Voulgarakis, G. Hadjisavvas, P. C. Kelires, and G. P. Tsironis, Phys. Rev. B 69, 113201 (2004).
27.
J. A. Baimova and S. V. Dmitriev, Russian Physics Journal 58, 785 (2015).
28.
S. J. Stuart, A. B. Tutein, and J. A. Harrison, The Journal of Chemical Physics 112, 6472 (2000).
29.
L. Z. Khadeeva, S. V. Dmitriev, and Y. S. Kivshar’, JETP Lett., 94(7),539 (2011) .
30.
Y. Yamayose, Y. Kinoshita, Y. Doi, A. Nakatani, and T. Kitamura, EPL (Europhysics Letters) 80, 40008 (2007).
31.
Y. Doi and A. Nakatani, Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering 6, 71 (2012).
32.
I. P. Lobzenko, G. M. Chechin, G. S. Bezuglova, Y. A. Baimova, E. A. Korznikova, and S. V. Dmitriev, Physics of the Solid State 58, 633 (2016).
33.
Y. S. K. A. V. Savin and B. Hu, Phys. Rev. B 82, 195422.
34.
D. W. Brenner, Phys. Rev. B 42, 9458 (1990).
35.
Y. A. Baimova, S. V. Dmitriev, A. V. Savin, and Y. S. Kivshar’, Physics of the Solid State 54, 866 (2012).