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.
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
