Будова та властивості вуглецевих нанокластерів гексагональної форми, які містять одну і дві моновакансії
Анотація
Методом теорії функціонала густини (B3LYР, базис 6-31G**) розраховані рівноважні просторові структури та електронна будова вуглецевих нанокластерів (ВНК), які одержуються з нанокластера С96 гексагональної форми видаленням з нього одного або двох атомів. Для порівняння проведені розрахунки аналогічних структур, утворених при вилученні з ПАМ С96Н24, також відповідно одного або двох атомів вуглецю.
Показано:
- основний електронний стан ВНК С96-1(1) та С96-2(1), а також системи С96-1(1)Н24 – триплетний, в той час як системи С96-2(1) – квінтетний;
- створення моновакансії в центральному гексагоні ВНК С96 не порушує відособленості спряженої системи ланцюга периферійних атомів вуглецю, як це має місце для бездефектного вуглецевого нанокластера С96 гексагональної будови;
- спектр одноелектронних рівнів енергії кластерів, що містять вакансії, характеризується тим, що енергії декількох фронтальних вакантних МО, локалізованих по зв'язках крайового циклічного ланцюга, потрапляють в інтервал енергій вищих зайнятих МО;
- видалення атома з центрального гексагона ВНК С96 приводить до «розрихлення» структури утвореного кластера С96-1(1), що знаходить своє відображення в зменшенні енергії видалення другого атома вуглецю з С96-1(1);
- видалення атома вуглецю з ПАМ С96Н24 стабілізує утворену систему, доказам чого є зростання енергії утворення другої моновакансії в порівнянні з енергією створення першої моновакансії;
- властивості ВНК, що містять вакансії, відрізняються від аналогічних властивостей систем, одержаних з ПАМ видаленням з неї атомів вуглецю.
Посилання
Novoselov K.S., Geim A.K., Morozov S., Jiang D., Zhang Y., Duboros S., Grigorieva I., Firsov A. Electric field effect in atomically thin carbon films // Science. – 2004. – V. 306, N 5696. – P. 666–669.
Van Noorden R. Moving towards a grapheme world // Nature. – 2006. – V. 442, N 7170. – P. 228–229.
Aberger D., Apalkov V., Berashevich J., Zieler K., Chakraborty T. // Properties of graphene: a theoretical perspective // Adv. Phys. – 2010. – V. 59, N 4. – P. 261–482.
Ponomarenko L.A., Schedin F., Katsnelson M.I., Yang R., Hill E.W., Novoselov K.S., Geim A.K. Chaotic dirac billiard in graphene quantum dots // Science. – 2008. – V. 320, N 5874. – P. 356–358.
Katsnelson M.I., Novoselov K.S., Geim A.K. Chiral tunnelling and the klein paradox in graphene // Nature Physics. – 2006. – V. 2. – P. 620–625.
Viana-Gomes J., Pereira V.M., Peres N.M.R. Magnetism in strained graphene dots // Phys. Rev. B. – V. 80, N 24. – 2009. – P. 245436–245446.
Ma Y., Lehtinen P.O., Foster A.S., Nieminen R.M. Magnetic properties of vacancies in graphene and single-walled carbon nanotubes // New J. Phys. – 2004. – V. 6, N 68. – P. 1–15.
Makarova T.L., Sundqvist B, Höhne R., Esquinazi P., Kopelevich Y., Scharff P., Davydov V.A., Kashevarov L.S., Rakhmanina A.V.. Magnetic carbon // Nature. – 2001. – V. 413. – P. 716–718.
Esquinazi P., Setzer A., Höhne R., Semmelhack C., Spemann D., Butz T., Kohlstrunk B., Lösche M. Ferromagnetism in oriented graphite samples // Phys. Rev. B. – 2002. – V. 66, N 2. – P. 024429–024438.
Viana-Gomes J., Pereira V.M., Peres N.M.R. Magnetism in strained graphene dots // Phys. Rev. B. – 2009. – V. 80, N 24. – P. 245436–245446.
Chernozatonskii L.A., Sorokin P.B., Brüning J.W. Two-dimensional semiconducting nanostructures based on single graphene sheets with lines of adsorbed hydrogen atoms // Appl. Phys. Lett. – 2007. – V. 91. – P. 183103–183105.
Coronado E., Galán-Mascarós J.R., Gómez-García C.J., Laukhin V. Coexistence of ferromagnetism and metallic conductivity in a molecule-based layered compound // Nature. – 2001. – V. 408, N 681. – P. 447–449.
Jiang D., Sumpter B.G., Dai S. The unique chemical reactivity of a grapheтe nanoribbon's zigzag edge // J. Chem. Phys. – 2007. – V. 126. – P. 134701–134711.
Karpenko O.S., Lobanov V.V., Kartel N.Т. Properties of hexagon-shaped carbon nanoclusters // Chem. Phys. Technol. Surf. – 2013. – V. 4, N 2. – P. 123–131.
Kohn W., Sham L.S. Self-consistent equation including exchange and correlation effect // Phys. Rev. A. – 1965. – V. 140, N 4. – P. 1133–1138.
Parr R.G., Yang W. Density-functional theory of atoms and molecules // Oxford: Oxford Univ. Press. – 1989. – 333 p.
El-Barbary A.A., Telling R.H., Ewels C.P., Heggie M.I., Briddon P.R. Structure and energetics of the vacancy in graphite // Phys. Rev. B. – 2003. – V. 68, N 14. – P. 144107–144113.
