The effect of the desorption of hydrogen on the mechanical characteristics and electronic structure of the armchair conformation of graphane is studied in the context of the nonorthogonal tight-binding model. It is shown that the mechanical stiffness and the Poisson ratio nonmonotonically depend on the hydrogen content and take minimum values at a hydrogen vacancy content of ~50% and ~30%, respectively. As hydrogen is desorbed, the characteristic peaks of the phonon density of states are rapidly reduced. In the initial stage of desorption, local energy levels are formed in the band gap. As the number of hydrogen vacancies is increased, these levels form an impurity band, in which the Fermi level is located.
В рамках модели сильной связи изучено влияние десорбции водорода на механическую жесткость, спектр собственных колебаний и плотность электронных состояний углеродных нанониток с алмазоподобной структурой. Показано, что жесткость слабо меняется на начальной стадии десорбции и начинает заметно уменьшаться лишь после десорбции ∼ 20% атомов водорода. По мере десорбции в запрещенной зоне возникают энергетические уровни, которые в итоге формируют примесную зону. DOI: 10.21883/FTP.2017.05.44426.8423 ВведениеУглеродные нанотрубки (УНТ) с хиральностью (3,0) термодинамически неустойчивы: их энергии больше энергий соответствующих фрагментов графена [1]. По-сле насыщения этих УНТ водородом до стехиометрии Н : С = 1 : 1 они становятся устойчивыми, а в их элек-тронной структуре появляется запрещенная зона [2] (будем использовать для таких полностью гидриро-ванных УНТ обозначение (3,0)Н). Недавно открытые углеродные нанонитки ( " nanothreads") [3] получаются из УНТ (3,0)Н путем ряда трансформаций Стоуна-Уэльса (Stone-Wales, SW [4]) -поворотов связей C-C вместе с адсорбированными атомами водорода на угол ∼ 90• . В нанонитках протяженные области со структурой УНТ (3,0)Н разделены компактными " де-фектными" участками с двумя трансформациями SW в каждом из них. Эти участки расположены по длине нанонитки случайным образом. Повернутые связи C-C " перегораживают" полость УНТ, в результате чего фор-мируются уникальные нанообъекты, отличные и от УНТ, и от обычных полимеров.В нанонитках валентные орбитали всех атомов уг-лерода sp 3 -гибридизованы, как в алмазе (в отличие от УНТ с sp 2 -гибридизацией углеродных орбиталей), а в расположении атомов углерода отчетливо просле-живается алмазоподобный тетраэдрический мотив. По этой причине нанонитки отличаются высокой прочно-стью и жесткостью [3,5], что сулит им разнообразные практические применения. Помимо своих выдающихся механических характеристик, нанонитки представляют интерес для приложений еще и как диэлектрические компоненты наноэлектронных приборов.Основным каналом разрушения нанониток, особен-но в устройствах с высокой рабочей температурой, является десорбция водорода, которая, как правило, предшествует развалу углеродного каркаса [6]. Цель настоящей работы заключается в расчете механической жесткости, спектров собственных колебаний и плот-ности электронных состояний нанониток с различным содержанием водорода. Мы показываем, что десорбция водорода приводит к уменьшению жесткости и к форми-рованию примесной зоны, в которой находится уровень Ферми. Методы расчетаВ качестве модели нанонитки мы использовали фраг-мент УНТ (3,0)Н из 10 элементарных ячеек C 12 H 12 [7] с одним дефектным участком (т. е. с двумя повернутыми на угол ∼ 90• связями C-C) (см. рис. 1). Граничные условия выбирались периодическими в направлении оси исходной УНТ (период определялся из требования ми-нимальности энергии нанонитки) и свободными в двух поперечных направлениях.Межатомные взаимодействия описывались в рамках неортогональной модели сильной связи [8], которая в явном виде учитывает квантово-механический в...
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.