Моделирование строения и свойств новых наноструктур методом функционала плотности

• Автор: Сорокин, Павел Борисович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с. : ил.

1 ГЛАВА. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Углеродные нанотрубы

1.1.1. Структура и классификация углеродных нанотруб

1.1.2. Электронная структура углеродных нанотруб

1.2. Неуглеродные нанотрубы состава АВ (БіС, ВИ)

1.2.1. Нанотрубы состава ВИ

1.2.2. Нанотрубы состава БіС

1.3. Графен и его свойства

1.3.1. Методы получения графеновых слоев

1.3.2. Структура и электронные свойства графеновых слоев

1.4. Теория функционала плотности

1.5. Теория Томаса-Ферми
1.6. Теорема Хоэнберга и Кона
1.6.1. Самосогласованные уравнения Кона-Шэма
1.6.2. Приближение локальной плотности (Ы)А)
1.7. Алгоритм расчета наноструктур с помощью теории
функционала локальной плотности
1.8. Методы исследования рассмотренных структур
2 ГЛАВА. ОДНОСЛОЙНЫЕ НАНОТРУБЫ: СВОЙСТВА, РАССЧИТАННЫЕ МЕТОДОМ ГОФРИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
2.1. Детали метода
2.2. Метод ГП с базисом ЛКАО
2.3. Применение метода ГП для расчета упругих свойств
углеродных и неуглеродных нанотруб
2.3.1. Расчёт электронной структуры ГП
2.3.2. Расчёт упругих свойств углеродных и неуглеродных нанотруб
методом ГП
Выводы к главе
3 ГЛАВА. СВОЙСТВА НОВЫХ ВЕО-НАНОТРУБ
3.1. Энергетические и геометрические характеристики
3.2. Электронные характеристики
3.3. Упругие свойства
Выводы к главе
4 ГЛАВА. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА НОВЫХ НЕУГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ
4.1. Классификация нанотруб и детали расчёта
4.2. Геометрические и энергетические характеристики
4.3. Электронная структура и ее зависимость от деформации НТ
4.4. Область применения
Выводы к главе
5 ГЛАВА. СВЕРХРЕШЕТКИ НА ОСНОВЕ ГРАФЕНА
5.1. Сверхрешетки металл-полупроводник (полуметалл) на
графитовом листе с вакансиями
5.1.1. Вычислительный метод и детали расчёта
5.1.2. Результаты и обсуждение
5.2. Сверхрешетки металл-полупроводник (полуметалл) на
графитовом листе с адсорбированными на нём водородными цепочками (дорожками)
5.2.1. Вычислительный метод и детали расчёта
5.2.2. Сверхрешетки типа «зигзаг» - 2HG-(n,0)
5.2.3. Системы - 2HG-(n,0)+(m,0)
5.2.4. Сверхрешетки «кресельного» типа - 2HG-(n,n)
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
6 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность работы. Углеродные нанотрубы (УНТ), наряду с фул-леренами, являются, пожалуй, одними из самых интересных наноструктур, полученных в последнее время. Они обладают не только уникальной геометрической структурой, но и любопытными механическими и электрическими свойствами.
Как известно, фуллерен (С60) был открыт в 1985 г. группой Смолли, Крото и Керла [1], за что они были впоследствии удостоены Нобелевской премии по химии за 1996 г. Что касается УНТ, то здесь нельзя назвать точной даты их открытия. Хотя общеизвестным является факт наблюдения структуры однослойных нанотруб (ОСНТ) Ииджимой в 1991 г. [2], существуют более ранние свидетельства открытия углеродных нанотруб. Так, например в 1974—1975 гг. Эндо и др. [3] опубликовали ряд работ с описанием тонких трубок с диаметром менее 100 А, приготовленных методом конденсации из паров, однако в дальнейшем более детального исследования структуры не было проведено. Также в 1992 г. в Nature [4] была опубликована статья, в которой утверждалось, что нанотрубы (НТ) наблюдались еще раньше, в 1953 г. Однако следует заметить, что годом ранее, в 1952 г., в статье советских ученых Радушксвича и Лукьяновича [5] сообщалось об электронномикроскопическом наблюдении волокон с диаметром порядка 100 нм, полученных при термическом разложении оксида углерода на железном катализаторе. Эти исследования тоже не были продолжены.
Также существует множество теоретических работ по предсказанию данной аллотропной формы углерода. Так, например, в работе [6] Джонс (Дедалус) размышлял о свернутых трубах графита. Стоит отметить и работу группы Л.А. Чернозатонского [7], вышедшую в тот же год, что и работа Ииджимы, в которой были получены и описаны углеродные нанотрубы, а также работу М.Ю. Корнилова, который не только предсказал существования однослойных углеродных нанотруб в 1986 г., но и высказал предположение об их большой упругости [8].

2.3. Применение метода ГП для расчета упругих свойств углеродных и неуглеродных нанотруб
2.3.1. Расчёт электронной структуры ГП
В качестве примера были произведены расчеты электронной структуры ОУНТ различного диаметра и хиральности, а также соответствующих им ГП. Были рассчитаны зонная структура, плотность состояний и величины энергий связи для зигзагообразной однослойной углеродной нанотрубы (20,0), а также для зубчатых ОУНТ (8,8) и (16,16).
Все расчеты в базисе плоских волн были проведены с использованием программы VASP.
Полученные результаты приведены на Рис. 2-6 - Рис. 2-8.
DOS for (8,8) family
Е (eV)
Рис. 2-6. Плотность состояний для структур (8,8,i),i={0,2,4,8}