Интерфейсы без разориентации в графене

М.А. Рожков, Н.Д. Абраменко, А.Л. Колесникова, А.Е. Романов показать трудоустройства и электронную почту
Получена 21 сентября 2020; Принята 13 октября 2020;
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: М.А. Рожков, Н.Д. Абраменко, А.Л. Колесникова, А.Е. Романов. Интерфейсы без разориентации в графене. Письма о материалах. 2020. Т.10. №4s. С.551-557
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-4-551-557

Аннотация

Интерфейсы без разориентации (ИБР) в графене и соответствующие им дисклинационные схемы. Минимальная мощность дисклинации равна ω = π/3.В настоящей статье приводятся результаты моделирования прямолинейных интерфейсов, не вносящих разориентацию примыкающих к ним областей в графене: zero misorientation interfaces (ZMIs). Интерфейсы в гексагональной решетке графена представляются в виде ансамблей дисклинированных углеродных колец с нарушенной поворотной симметрией 6-го порядка. Базовыми элементами таких ансамблей являются структурные единицы – комплексы дисклинированных колец с нулевым дисклинационным зарядом. С применением моделирования методом молекулярной динамики, найдены энергии и плотности распределения атомов для ZMIs. Расчеты показывают, что атомные плотности в ZMIs ниже плотности атомов в бездефектном графене. Однако прямой корреляции между плотностью атомов и энергией интерфейса не выявлено, поэтому мы полагаем, что важной причиной роста энергии ZMIs может быть названо упругое поле, обусловленное дефектной структурой интерфейса. Низкоэнергетические ZMIs обладают погонными энергиями, не превышающими ~ 0.6-0.8 эВ/Å, и сравнимы с энергиями границ зерен, т.е. границ с разориентировкой, в графене. На основании мезоскопического подхода с использованием дисклинационных схем интерфейсов, в которых дефектные углеродные кольца заменены на соответствующие им по мощности дисклинациии, построены карты деформаций и определены энергии для двух выбранных низкоэнергетических ZMIs. Обнаружено, что на расстоянии полупериода ZMI от линии интерфейса поле деформаций спадает до величин ~ 0.05. Погонные энергии низкоэнергетических ZMIs, определённые в рамках двух подходов: атомистического и мезоскопического, хотя и разнятся численно, но совпадают по порядку величин.

Ссылки (37)

1. Z. S. Wu, W. Ren, L. Gao, J. Zhao, Z. Chen, B. Liu, D. Tang, B. Yu, C. Jiang, H. M. Cheng. ACS nano. 3 (2), 411 (2009). Crossref
2. A. A. Balandin, S. Ghosh, W. Bao, I. Calizo, D. Teweldebrhan, F. Miao, C. N. Lau. Nano Lett. 8 (3), 902 (2008). Crossref
3. C. Lee, X. Wei, J. W. Kysar, J. Hone. Science. 321 (5887), 385 (2008). Crossref
4. K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, A. A. Firsov. Science. 306 (5696), 666 (2004). Crossref
5. F. Banhart, J. Kotakoski, A. V. Krasheninnikov. ACS nano. 5 (1), 26 (2011). Crossref
6. A. E. Romanov, M. A. Rozhkov, A. L. Kolesnikova. Lett. Mater. 8 (4), 384 (2018). Crossref
7. A. Bagri, S. P. Kim, R. S. Ruoff, V. B. Shenoy. Nano Lett. 11 (9), 3917 (2011). Crossref
8. J. Lahiri, Y. Lin, P. Bozkurt, I. I. Oleynik, M. Batzill. Nature Nanotechnology. 5 (5), 326 (2010). Crossref
9. I. A. Ovid’ko. Rev. Adv. Mater. Sci. 34 (1), 1 (2013).
10. A. Luican-Mayer, J. E. Barrios-Vargas, J. T. Falkenberg, G. Autès, A. W. Cummings, D. Soriano, G. Li, M. Brandbyge, O. V. Yazyev, S. Roche, E. Y. Andrei. 2D Materials. 3 (3), 031005 (2016). Crossref
11. Z. X. Xie, Y. Zhang, L. F. Zhang, D. Y. Fan. Carbon. 113, 292 (2017). Crossref
12. R. Grantab, V. B. Shenoy, R. S. Ruoff. Science. 330 (6006), 946 (2010). Crossref
13. J. Stuart, A. B. Tutein, J. A. Harrison. J. Chem. Phys. 112 (14), 6472 (2000). Crossref
14. J. Tersoff. Phys. Rev. B. 37 (12), 6991 (1988). Crossref
15. K. Chenoweth, A. C. Van Duin, W. A. Goddard. J. Phys. Chem. A. 112 (5), 1040 (2008). Crossref
16. A. P. Sgouros, G. Kalosakas, C. Galiotis, K. Papagelis. 2D Materials. 3 (2), 025033 (2016). Crossref
17. S. Cranford, M. J. Buehler. Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 19 (5), 054003 (2011). Crossref
18. H. Zhao, K. Min, N. R. Aluru. Nano Lett. 9 (8), 3012 (2009). Crossref
19. M. A. Rozhkov, A. L. Kolesnikova, I. S. Yasnikov, A. E. Romanov. Low Temp. Phys. 44 (9), 918 (2018). Crossref
20. A. L. Kolesnikova, M. A. Rozhkov, I. Hussainova, T. S. Orlova, I. S. Yasnikov, L. V. Zhigilei, A. E. Romanov. Rev. Adv. Mater. Sci. 52, 91 (2017).
21. T. Y. Ng, J. J. Yeo, Z. S. Liu. Carbon. 50 (13), 4887 (2012). Crossref
22. A. S. Kochnev, I. A. Ovid’ko, B. N. Semenov. Rev. Adv. Mater. Sci. 37, 105 (2014).
23. V. A. Kuzkin, A. M. Krivtsov. Doklady Physics. 56 (10), 527 (2011). Crossref
24. J. A. Baimova, L. Bo, S. V. Dmitriev, K. Zhou, A. A. Nazarov. EPL. 103 (4), 46001 (2013). Crossref
25. LAMMPS Molecular Dynamics Simulator https://lammps.sandia.gov.
26. E. Polak, G. Ribiere. ESAIM: M2AN. 3 (R1), 35 (1969).
27. A. Stukowski. Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 20 (4), 045021 (2012). Crossref
28. A. E. Romanov, V. I. Vladimirov. In: Dislocations in Solids (ed. by F. R. N. Nabarro). North-Holland, Amsterdam (1992) 212 p.
29. A. E. Romanov, A. L. Kolesnikova, T. S. Orlova, I. Hussainova, V. E. Bougrov, R. Z. Valiev. Carbon. 81, 223 (2015). Crossref
30. I. S. Yasnikov, A. L. Kolesnikova, A. E. Romanov. Phys. Solid State. 58 (6), 1184 (2016). Crossref
31. MATLAB software package https://uk.mathworks.com/products/matlab.html.
32. М. А. Rozhkov, А. L. Kolesnikova, Т. S. Orlova, L. V. Zhigilei, А. Е. Romanov. Materials Physics and Mechanics. 29, 101 (2016).
33. C. J. Páez, A. L. C. Pereira, J. N. B. Rodrigues, N. M. R. Peres. Phys. Rev. B. 92 (4), 045426 (2015). Crossref
34. J. H. Chen, G. Autès, N. Alem, F. Gargiulo, A. Gautam, M. Linck, C. Kisielowski, O. V. Yazyev, S. G. Louie, A. Zettl. Phys. Rev. B. 89 (12), 121407 (2014). Crossref
35. N. Ding, X. Chen, C. M. L. Wu. Scientific Reports. 6 (1), 1 (2016). Crossref
36. P. O. Lehtinen, A. S. Foster, A. Ayuela, A. Krasheninnikov, K. Nordlund, R. M. Nieminen. Phys. Rev. Lett. 91 (1), 017202 (2003). Crossref
37. X. Fan, W. T. Zheng, J. L. Kuo. ACS Applied Materials & Interfaces. 4 (5), 2432 (2012). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование на английском языке

1. Российский научный фонд - 19-19-00617