О мезоскопическом описании границ раздела в графене

Авторы

  • Анна Львовна Колесникова Институт проблем машиноведения РАН https://orcid.org/0000-0003-4116-4821
  • Михаил Александрович Рожков Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики https://orcid.org/0000-0001-7350-0717
  • Никита Дмитриевич Абраменко Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
  • Алексей Евгеньевич Романов Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики https://orcid.org/0000-0003-3738-408X

DOI:

https://doi.org/10.33910/2687-153X-2020-1-4-129-134

Ключевые слова:

графен, дефекты кристаллической решетки, упругий континуум, дисклинации, границы раздела, структурные единицы

Аннотация

Обсуждается мезоскопический подход к описанию границ раздела (ГР) в графене. Подход основан на представлении углеродных колец с нарушенной симметрией шестого порядка в гексагональной решетке графена в виде дефектов, а именно — клиновых дисклинаций в упругом континууме. Угол сектора, вставленного в гексагональную решетку или удаленного из нее (что приводит к образованию локализованных углеродных колец квадратной, пятиугольной, семиугольной и восьмиугольной формы), определяет заряд дисклинаций. В рамках мезоскопического подхода отдельная ГР в графене рассматривается как ансамбль дисклинаций, распределенных вдоль линии границы. Элементарными строительными блоками ГР с периодическими мотивами атомов углерода являются структурные единицы (СЕ), содержащие наборы дисклинаций с нулевым суммарным зарядом. Стык СЕ разного типа рассматривается как виртуальная дисклинация. Подход хорошо работает при анализе упругих полей и запасенных энергий ГР двух типов в графене: границ зерен, вызывающих разориентацию кристаллической решетки соседних доменов графена, и границ раздела с нулевой разориентацией, не обладающих таким свойством.

Библиографические ссылки

Avouris, P. (2010) Graphene: Electronic and photonic properties and devices. Nano Letters, 10 (11), 4285–4294. DOI: 10.1021/nl102824h (In English)

Bagri, A., Kim, S. P., Ruoff, R. S., Shenoy, V. B. (2011) Thermal transport across twin grain boundaries in polycrystalline graphene from nonequilibrium molecular dynamics simulations. Nano Letters, 11 (9), 3917–3921. DOI: 10.1021/nl202118d (In English)

Balandin, A. A., Ghosh, S., Bao, W. et al. (2008) Superior thermal conductivity of single-layer graphene. Nano Letters, 8 (3), 902–907. DOI: 10.1021/nl0731872 (In English)

Bravo, S., Correa, J., Chico, L., Pacheco, M. (2019) Symmetry-protected metallic and topological phases in penta-materials. Scientific Reports, 9, article 12754. DOI: 10.1038/s41598-019-49187-w (In English)

Castro Neto, A. H., Guinea, F., Peres, N. M. R. et al. (2009) The electronic properties of graphene. Reviews of Modern Physics, 81 (1), 109–162. DOI: 10.1103/RevModPhys.81.109 (In English)

Frank, I. W., Tanenbaum, D. M., van der Zande, A. M., McEuen, P. L. (2007) Mechanical properties of suspended graphene sheets. Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena, 25 (6), 2558–2561. DOI: 10.1116/1.2789446 (In English)

Geim, A. K., Novoselov, K. S. (2009) The rise of graphene. In: P. Rodgers (ed.). Nanoscience and technology: A collection of reviews from nature journals. London: Nature Publishing Group, pp. 11–19. DOI: 10.1142/9789814287005_0002 (In English)

Gertsman, V. V., Nazarov, A. A., Romanov, A. E. et al. (1989) Disclination-structural unit model of grain boundaries. Philosophical Magazine A, 59 (5), 1113–1118. DOI: 10.1080/01418618908209841 (In English)

Harris, W. F. (1977) Disclinations. Scientific American, 237 (6), 130–145.

Kolesnikova, A. L., Orlova, T. S., Hussainova, I., Romanov, A. E. (2014) Elastic models of defects in two-dimensional crystals. Physics of the Solid State, 56 (12), 2573–2579. DOI: 10.1134/S1063783414120166 (In English)

Kolesnikova, A. L., Romanov, A. E. (1998) A disclination-based approach to describing the structure of fullerenes. Physics of the Solid State, 40 (6), 1075–1077. DOI: 10.1134/1.1130490 (In English)

Kolesnikova, А. L., Rozhkov, М. А., Hussainova, I. et al. (2017) Structure and energy of intercrystallite boundaries in graphene. Reviews on Advanced Materials Science, 52, 91–98. (In English)

Kolesnikova, A. L., Rozhkov, M. A., Romanov, A. E. (2020) On fracture of pseudo-graphenes. Mechanics of Solids, 55 (1), 69–76. DOI: 10.3103/S0025654420010124 (In English)

Lee, Ch., Wei, X., Kysar, J. W., Hong, J. (2008) Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene. Science, 321 (5887), 385–388. DOI: 10.1126/science.1157996 (In English)

Nazarov, A. A., Romanov, A. E., Valiev, R. Z. (1993) On the structure, stress fields and energy of nonequilibrium grain boundaries. Acta Metallurgica et Materialia, 41 (4), 1033–1040. DOI: 10.1016/0956-7151(93)90152-I (In English)

Ovid’ko, I. A. (2013) Mechanical properties of graphene. Reviews on Advanced Materials Science, 34 (1), 1–11. (In English)

Romanov, A. E., Kolesnikova, A. L., Orlova, T. S. et al. (2015) Non-equilibrium grain boundaries with excess energy in graphene. Carbon, 81, 223–231. DOI: 10.1016/j.carbon.2014.09.053 (In English)

Romanov, A. E., Rozhkov, M. A., Kolesnikova, A. L. (2018) Disclinations in polycrystalline graphene and pseudo-graphenes. Review. Letters on Materials, 8 (4), 384–400. DOI: 10.22226/2410-3535-2018-4-384-400 (In English)

Romanov, A. E., Vladimirov, V. I. (1992) Disclinations in crystalline solids. In: F. R. N. Nabarro (ed.). Dislocations in solid. Vol. 9: Dislocations and disclinations. Amsterdam: North-Holland, pp. 191–402. (In English)

Rozhkov, М. А., Kolesnikova, А. L., Orlova, Т. S. et al. (2016) Disclinated rings as structural units in MD simulation of intercrystallite boundaries in graphene. Materials Physics and Mechanics, 29 (1), 101–105. (In English)

Rozhkov, М. А., Kolesnikova, А. L., Yasnikov, I. S., Romanov, A. E. (2018) Disclination ensembles in graphene. Low Temperature Physics, 44 (9), 918–924. DOI: 10.1063/1.5052677 (In English)

Rozhkov, M. A., Kolesnikova, A. L., Hussainova, I. et al. (2018) Evolution of Dirac cone in disclinated graphene. Reviews on Advanced Materials Science, 57 (2), 137–142. DOI: 10.1515/rams-2018-0057 (In English)

Tang, Y., Mak, K. F., Shan, J. (2019) Long valley lifetime of dark excitons in single-layer WSe2. Nature Communication, 10, article 4047. DOI: 10.1038/s41467-019-12129-1 (In English)

Wang, H., Huang, C.-C., Polcar, T. (2019) Triboelectrification of two-dimensional chemical vapor deposited WS2 at nanoscale. Scientific Reports, 9, article 12570. DOI: 10.1038/s41598-019-49107-y (In English)

Zhang, J., Zhao, J. (2013) Structures and electronic properties of symmetric and nonsymmetric graphene grain boundaries. Carbon, 55 (1), 151–159. DOI: 10.1016/j.carbon.2012.12.021 (In English)

Cover of the journal "Physics of Complex Systems" (vol. 1, no. 4)

Загрузки

Опубликован

2020-12-24

Выпуск

Том 1 № 4 (2020)

Раздел

Condensed Matter Physics

Лицензия

Copyright (c) 2020 Анна Львовна Колесникова, Михаил Александрович Рожков, Никита Дмитриевич Абраменко, Алексей Евгеньевич Романов

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Автор предоставляет материалы на условиях публичной оферты и лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. После публикации все статьи находятся в открытом доступе.

Авторы сохраняют авторские права на статью и могут использовать материалы опубликованной статьи при подготовке других публикаций, а также пользоваться печатными или электронными копиями статьи в научных, образовательных и иных целях. Право на номер журнала как составное произведение принадлежит издателю.