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

Получена: 18 февраля 2019; Исправлена: 11 марта 2019; Принята: 12 марта 2019
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: Г.М. Чечин, В.С. Лапина. Статические структуры растянутых углеродных цепочек: DFT-моделирование в сравнении с классическим моделированием цепочки с потенциалом Леннарда-Джонса. Письма о материалах. 2019. Т.9. №2. С.151-156
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-2-151-156

Аннотация

Возникновение би-структуры в растянутых углеродных цепочках в результате бифуркации жесткого типаРанее 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.

Ссылки (19)

1. P. Hohenberg, W. Kohn. Phys. Rev. B. 136 (3B), B864 (1964). Crossref
2. W. Kohn, L. J. Sham. Phys. Rev. 140 (4A), A1133 (1965). Crossref
3. W. Kohn. Rev. Mod. Phys. 71 (5), 1253 (1999). Crossref
4. S. Cahangirov, M. Topsakal, S. Ciraci. Phys. Rev. B. 82 (19), 195444 - 5 (2010). Crossref
5. A. Timoshevskii, S. Kotrechko, Y. Matviychuk. Phys. Rev. B. 91 (24), 245434 (2015). Crossref
6. V. Artyukhov, M. Liu, B. Yakobson. Nano Lett. 14 (8), 4224 (2014). Crossref
7. G. Casillas, A. Mayoral, M. Liu, V. Artyukhov, A. Poncea, B. Yakobson, et al. Carbon. 66, 436 (2014). Crossref
8. M. Liu, V. Artyukhov, H. Lee, F. Xu, B. Yakobson. ACS Nano. 7, 10075 (2013). Crossref
9. C. Motta et al. arXiv: 0904.2905 [phys.comp-ph].
10. C. Motta, M. Giantomassi, M. Cazzaniga, K. Gaál-Nagy, X. Gonze. Comput. Mater. Sci. 50 (2), 698 (2010). Crossref
11. G. M. Chechin, D. A. Sizintsev, O. A. Usoltsev. Comput. Mater. Sci. 138, 353 (2017). Crossref
12. X. Gu, R. Kaiser, A. Mebel. Chem. Phys. Chem. 9, 350 (2008). Crossref
13. Y. Prazdnikov. J. Mod. Phys. 2 (8), 845 (2011). Crossref
14. Y. Prazdnikov. J. Mod. Phys. 4 (7), 994 (2013). Crossref
15. Y. Prazdnikov. J. Mod. Phys. 6 (4), 396 (2015). Crossref
16. G. M. Chechin, V. S. Lapina. Lett. on Mater. 8 (4), 458 (2018). Crossref
17. X. Gonze, B. Amadon, P. Anglade, J. Beuken, F. Bottin, P. Boulanger, et al. Comput. Phys. Commun. 180 (12), 2582 (2009). Crossref
18. www.abinit.org.
19. G. M. Chechin, D. A. Sizintsev, O. A. Usoltsev. Lett. on Mater. 6 (4), 309 (2016). Crossref

Финансирование

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