Состояния и процессы в приборных наноструктурах на основе графена и углеродных нанотрубок : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / научный руководитель А. И. Сягло

Abstract

Объект исследования — углеродные нанотрубки (УНТ), графен, точечные дефекты. Цель работы — разработать физико-технологические концепции и принципиальные схемы работы элементов приборных наноструктур на основе графена и углеродных нанотрубок, а также методы расчета их характеристик. Методы исследования — методы квантовой физики, квантовохимические расчеты, компьютерное моделирование. С помощью полуэмпирического метода молекулярных орбиталей и метода сильной связи рассчитана атомная и зонная структуры нанотрубки (6,0) типа zig-zag при ее продольном растяжении/сжатии. Обнаружено, что структурный фазовый переход происходит при 9%-м удлинении, приводящем к хиноидной структуре с двумя типами связей. Разработана модель туннельного тока между слоями графена, учитывающая конечность времени туннелирования между слоями. Показано, что туннельный ток пропорционален площади туннельного перехода, а также напряжению в степени 3/2 при низкой и в степени 1/2 при высокой температуре. Значение туннельной проводимости между слоями графена в рамках предложенной модели согласуются с известными экспериментальными данными. Рассчитана также туннельная проводимость между слоями графена, легированного нейтральным адсорбентом — криптоном. Блочно-регулярный метод применен для расчета вычисления гибридизированных атомных орбиталей для несимметричных конфигураций «4-блоков» (вид дефекта упаковки атомов углерода в графене). Проведены вычисления зависимости энергии блока от геометрических параметров, характеризующих деформацию. Полученная зависимость была использована для расчета оптимальных конфигураций различных точечных дефектов на графеновой плоскости. Рассчитана сила магнитного взаимодействия между соосными углеродными нанотрубками, содержащими магнитные эндофуллерены, поляризованные в магнитном поле. Предложена и рассмотрена модель датчика магнитного поля. Рассмотрена геометрия возможного расположения эндофуллеренов в углеродных нанотрубках различного диаметра. Рассчитаны величины электрического дипольного легированных нанолент типа зигзаг (zGNR) разной ширины (4zGNR, 8zGNR, 10zGNR) с адсорбированными атомами фтора (акцепторы электронов) и водорода (доноры электронов). Получены карты распределения заряда нанолент, позволяющие определить преимущественное направление дипольного момента.