Эффект возникновения магнитного поля кругового тока в гибридных углеродных системах графен / С60

О.Е. Глухова, В.В. Митрофанов, М.М. Слепченков ORCID logo показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 29 июля 2020; Исправлена: 18 августа 2020; Принята: 19 августа 2020
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: О.Е. Глухова, В.В. Митрофанов, М.М. Слепченков. Эффект возникновения магнитного поля кругового тока в гибридных углеродных системах графен / С60. Письма о материалах. 2020. Т.10. №4. С.491-495
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-4-491-495

Аннотация

Обнаружены условия появления кругового тока при упорядоченном движении фуллерена С60 на графене с дефектом в виде локального наводораживания атомной сетки. Дефект должен сформировать в энергической поверхности взаимодействия С60 с графеном яму чашеобразной формы, по краям которой фуллерен будет совершать круговое движение.В данной работе методами in silico исследуется одновременное влияние температуры, внешнего электрического поля и структурных дефектов атомной сетки графена на закономерности позиционирования молекулы С60 на листе графена. Обнаружены условия появления кругового тока на графене при упорядоченном движении заряженного фуллерена С60, контролируемом с помощью регулярно адсорбированных атомов водорода и внешнего электрического поля. Численные эксперименты проводились с использованием метода молекулярной динамики и метода функционала плотности в приближении сильной связи с самосогласованным определением атомных зарядов (SCC- DFTB). Установлено, что при температуре 175 К и напряженности внешнего электрического поля 1∙106 В / м величина кругового тока составляет ~10.4 нА. Индукция магнитного поля, индуцированного круговым током, составляет 6.2 мкT. Показано, что двумя наиболее важными факторами в появлении кругового тока являются расположение атомов водорода на графене и температура. Дефект в виде химически адсорбирующихся атомов водорода должен сформировать в энергической поверхности взаимодействия молекулы С60 с графеном яму чашеобразной формы, по краям которой фуллерен будет совершать круговое движение. В качестве способа усиления кругового тока и индуцированного им магнитного поля предлагается варьировать размерами области локального наводораживания графеновой атомной сетки. Внешнее электрическое поле позволяет доставить заряженный фуллерен С60 к области расположения дефекта. Прогнозируется, что обнаруженный физический эффект может быть положен в основу физического принципа работы новых миниатюрных источников магнитного поля для различных наноустройств.

Ссылки (26)

1. M. Chen, R. Guan, S. Yang. Adv. Sci. 6, 1800941 (2018). Crossref
2. X. Yu, Z. Dong, J. K. W. Yang, Q. J. Wang. Optica. 3, 979 (2016). Crossref
3. E. K. Jeon, C. S. Yang, Y. Shen, T. Nakanishi, D. S. Jeong, J. J. Kim, K. S. Ahn, K. J. Kong, J. O. Lee. Nanotechnology. 23, 455202 (2012). Crossref
4. K. Kim, T. H. Lee, E. J. G. Santos, P. S. Jo, A. Salleo, Y. Nishi, Z. Bao. ACS Nano. 9, 5922 (2015). Crossref
5. R. Wang, S. Wang, X. Wang, J. A. S. Meyer, P. Hedegard, B. W. Laursen, Z. Cheng, X. Qiu. Small. 9, 2420 (2013). Crossref
6. J. Ma, Q. Guo, H. L. Gao, X. Qin. Fuller. Nanotub. Car. N. 23, 477 (2014). Crossref
7. M. Chen, H. Zhou, F. Yu, H. Yang, G. Wang, J. He, L. Sun. Nanoscale. 5, 8359 (2013). Crossref
8. C. Chen, H. Zheng, A. Mills, J. R. Heflin, C. Tao. Sci Rep. 5, 14336 (2015). Crossref
9. W. Koh, H. S. Moon, S. G. Lee, J. I. Choi, S. S. Jang. ChemPhysChem. 16, 789 (2015). Crossref
10. A. K. Manna, S. K. Pati. ChemPhysChem. 14, 1844 (2013). Crossref
11. L. A. Chernozatonskii, A. G. Kvashnin, P. B. Sorokin. Nanotechnology. 27, 365201 (2016). Crossref
12. M. Shibuta, K. Yamamoto, T. Ohta, M. Nakaya, T. Eguchi, A. Nakajima. Sci. Rep. 6, 35853 (2016). Crossref
13. G. Jnawali, Y. Rao, J. H. Beck, N. Petrone, I. Kymissis, J. Hone, T. F. Heinz. ACS Nano. 9, 7175 (2015). Crossref
14. C. Bautista-Flores, R. Y. Sato-Berru, D. Mendoza. Appl. Phys. Lett. 105, 191116 (2016). Crossref
15. C. Ojeda-Aristizabal, E. J. G. Santos, S. Onishi, A. Yan, H. I. Rasool, S. Kahn, Y. Lv, D. W. Latzke, J. Velasco Jr, M. F. Crommie, M. Sorensen, K. Gotlieb, C. Y. Lin, K. Watanabe, T. Taniguchi, A. Lanzara, A. Zettl. ACS Nano. 11, 4686 (2017). Crossref
16. A. Savin, Y. Kivshar. Transport of fullerene molecules along graphene nanoribbons. Sci Rep. 2, 1012 (2012). Crossref
17. M. Jafary-Zadeh, C. Reddy, V. Sorkin, Y. W. Zhang. Nanoscale Res. Lett. 7, 148 (2012). Crossref
18. M. Jafary-Zadeh, C. D. Reddy, Y. W. Zhang. J. Phys. Chem. C. 117, 6800 (2013). Crossref
19. M. Jafary-Zadeh, Y. Zhang. Molecular mobility on graphene nanoroads. Sci. Rep. 5, 12848 (2015). Crossref
20. V. V. Shunaev, G. V. Savostyanov, M. M. Slepchenkov, O. E. Glukhova. RSC Adv. 5, 86337 (2015). Crossref
21. M. Elstner, D. Porezag, G. Jungnickel, J. Elsner, M. Haugk, Th. Frauenheim, S. Suhai, G. Seifert. Phys. Rev. B. 58, 7260 (1998). Crossref
22. D. C. Rapaport. The art of molecular dynamics simulation. Cambridge University Press, Cambridge (2004) 549 p. Crossref
23. L. Verlet. Phys. Rev. 159, 98 (1967). Crossref
24. H. J. C. Berendsen, J. P. M. Postma, W. F. van Gunsteren, A. DiNola, J. R. Haak. J. Chem. Phys. 81, 3684 (1984). Crossref
25. O. E. Glukhova. In: Thermal Transport in Carbon-Based Nanomaterials (ed. by Gang Zhang). Elsevier, Netherlands (2017) pp. 267 - 289. Crossref
26. E. M. Purcell, D. J. Morin. Electricity and Magnetism. Harvard University, Massachusetts (2013) 839 p. Crossref

Финансирование

1. Министерство науки и высшего образования Российской Федерации в рамках выполнения государственного задания - FSRR-2020-0004