Статические структуры растянутых углеродных цепочек: DFT-моделирование в сравнении с классическим моделированием цепочки с потенциалом Леннарда-Джонса

Ранее нами было доказано, что в подвергнутых растяжению моноатомных цепочках с потенциалом взаимодействия Леннарда-Джонса возможно существование равновесной статической би-структуры, которой отвечают N −1 одинаковых коротких длин межатомной связи и одна длинная связь, через центр которой проходит инверсия (N — число атомов цепочки). В настоящей работе с помощью методов теории функционала плотности (ДФТ-моделирование) исследованы аналогичные структуры, которые могут существовать в растянутых углеродных цепочках (карбинах). В отличие от модели Леннарда-Джонса, обнаруженные би-структуры являются неоднородными (они обладают короткими связями разной длины) и возникают скачком при превышении некоторого критического растяжения ηc, т. е. в результате жесткой бифуркации равновесного состояния цепочки (аналог фазового перехода первого рода). Такая бифуркация связана с двумя разными областями потенциала, в которых сила Леннарда-Джонса может быть достаточно малой (это микроокрестность минимума потенциала и область его хвоста), в связи с чем возможно равенство сил, действующих на частицу находящуюся на стыке длинной и короткой межатомной связи. Поскольку такими особенностями обладают практически все межатомные потенциалы, вышеуказанная бифуркация является универсальной — она должна иметь место для любых моноатомных цепочек. Нами подробно изучены свойства вышеуказанных структур, в частности, поведение их параметров при увеличении N. С помощью ДФТ-моделирования исследованы особенности электронной плотности вышеописанных структур вблизи точки бифуркации.

1. Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation - state assignment grant No. 3.5710.2017 / 8.9