Графен с дефектами: топология и применение в электромеханике : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель Н. А. Поклонский

Abstract

Объект исследования - графеновые углеродные поверхности со структурными дефектами. Цель работы - разработка теоретических методов исследования дефектов в графене и их влияния на электромеханические свойства графена, а также разработка принципов функционирования новых устройств электромеханики на основе графена с дефектами и определение способов управления параметрами таких устройств. Методы исследования - численные расчеты блочно-регулярным методом, компьютерное моделирование углеродных поверхностей и аналитические методы теоретической физики. В результате выполнения НИР разработан метод формального задания углеродных поверхностей (например, листа графена) в виде последовательности двоичных чисел. Предложено наглядное описание блочно-регулярной структуры, допускающее использование ее при деформации, разрушении или образовании новых фрагментов. Метод позволяет моделировать конфигурацию и образование структурных дефектов графенового листа с учетом начальных и граничных условий. Впервые получена классификация всех структурных дефектов с небольшим числом атомов и с заданной граничной линией. Разработан алгоритм и реализующая его компьютерная программа расчета конфигурации фрагментов графенового листа с дефектом структуры. Выделены дефекты с нетривиальной группой симметрии и небольшим числом узлов. Рассчитаны конфигурации листа с одиночным собственным (т. е. не содержащим атомов примесей) дефектом. Продемонстрировано, что для некоторых дефектов (типа 5-7) и размеров графеновых листов существует несколько метастабильных состояний. Создана компьютерная программа расчета оптимальной конфигурации атомов углерода в графеновом листе для граничных условий, задающих деформацию скручивания. Показано, что при деформации скручивания могут происходить переходы между метастабильными состояниями собственного дефекта листа. Предложены инварианты линии, ограничивающей дефект, позволяющие определить возможность реализации дефекта на графеновой плоскости. Предложены схемы кантилеверов, наномеханических и электромеханических резонаторов на основе фрагментов графена с воронкообразными дефектами.