Компьютерное моделирование физико-химических свойств наноструктур на основе диоксида кремния и углерода тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат физико-математических наук Артюхов, Василий Игоревич

• Артюхов, Василий Игоревич
• кандидат физико-математических наук
• 2010

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Компьютерное моделирование физико-химических свойств наноструктур на основе диоксида кремния и углерода»

Актуальность работы.4

Цель работы.8

Публикации.9

Структура и объём работы.10

Благодарности.11

1. Обзор использованных расчётных методов.12

1.1. Метод функционала плотности.12

1.1.1. Теорема Хоенберга и Кона.14

1.1.2. Уравнения Кона и Шема.15

1.2. Метод молекулярной механики.18

1.2.1. Ковалентные взаимодействия.19

1.2.2. Нековалентные взаимодействия.20

1.3. Вычислительные пакеты, использованные в работе.23

2. Структуры на основе диоксида кремния.24

2.1. Общие сведения и обзор литературы.24

2.1.1. Структура и свойства кристаллических модификаций диоксида кремния.24

2.1.2. Методы приготовления наноструктур диоксида кремния.26

2.1.3. Приложения наноструктур диоксида кремния.29

2.2. Наноструктуры на основе диоксида кремния.32

2.2.1. Двумерные наноплёнки диоксида кремния.32

2.2.1.1. Топологические свойства.33

2.2.1.2. Тетрагональная структура.34

2.2.1.3. Тригональные структуры.36

2.2.1.4. Одномерные молекулярные цепочки.37

2.2.1.5. Энергетика напряжённых циклов.38

2.2.1.6. Электронная структура наноплёнок диоксида углерода.41

2.2.2. Наночастицы на основе тригональной структуры.44

2.2.2.1. Структура и энергетика.44

2.2.2.2. Электронные свойства.48

2.2.3. Наночастицы на основе тетрагональной структуры.50

2.2.3.1. Однослойные нанотрубки.50

2.2.3.2. Полые нанокластеры.56

2.2.4. Энергетические характеристики различных классов наноструктур.58

2.2.5. Электронные свойства координационных дефектов.61

2.3. Композитные нанотрубкя C@Si02.65

2.3.1. Структура и электронные свойства композитных нанотрубок C@SiOz.67

2.3.2. Многотерминальные соединения композитных нанотрубок.71

2.4. Выводы.77

3. Наноматериалы на основе углерода.79

3.1. Спинтронные устройства на основе графена с моновакансиями.80

3.1.1. Чистые углеродные структуры.81

3.1.2. Химическая модификация вакансий.87

3.1.3. Практическая значимость результатов.90

3.1.4. Выводы.92

3.2. Структура и взаимодействия слоёв в монофториде графита и графане.94

3.2.1. Постановка задачи.94

3.2.2. Обзор сведений о структуре материалов.95

3.2.3. Структура изолированных слоёв.98

3.2.4. Оптимизация потенциалов молекулярной механики.102

3.2.5. Расчёты для трёхмерных систем.107

3.2.6. Интерпретация экспериментальных данных.111

3.2.7. Прогноз величины межплоскостного расстояния в многослойном графане.115

3.2.8. Выводы.116

Общие выводы.117

Литература.121

Введение

Актуальность работы

Возможность работы с материей на уровне индивидуальных атомов представляет собой важнейшую цель прикладной науки. Однако, современное представление о нанотехнологиях в первую очередь ассоциируется с такими областями, как миниатюризация полупроводниковой электроники или разнообразные наночастицы (нанотрубки, нанокластеры, нанокристаллы), применяемые самостоятельно, например - в качестве катализаторов, или для создания композитных материалов с улучшенными свойствами. В то время как сами по себе такие приложения обладают огромной важностью для развития промышленности, и возможности применения таких технологий далеко не исчерпаны, в большинстве случаев они всё же не достигают полностью масштабов прецизионных манипуляций с веществом с атомной точностью. Их эффективность, хотя она и высока по сравнению с "обычными" технологиями, составляет довольно небольшую долю от того, что теоретически может быть достигнуто при полной реализации потенциала нанотехнологий (см., напр., [1]).

Движение к этой цели существенно осложняется спецификой отрасли нанотехнологий. Помимо сложности и дороговизны экспериментов с чувствительностью, необходимой для достижения нужного разрешения, возникает проблема косвенности получаемых в опытах данных об исследуемом объекте. Это связано с тем, что любой измерительный прибор сам имеет атомарное строение, и все процессы в нём происходят в лучшем случае на тех же временных масштабах, что и в изучаемой наноразмерной системе.

С другой стороны, "промежуточный" характер наноразмерных систем (между классическим и квантовым описанием, между молекулой и кристаллом) осложняет их теоретическое описание, требуя одновременного учёта большого числа эффектов, что делает построение простой и понятной феноменологической модели на уровне "карандаша и бумаги", а также часто делает неприменимыми соображения "физической (химической) интуиции". В такой ситуации незаменимым исследовательским инструментом является компьютерное моделирование, позволяющее исследователю в ходе "вычислительного эксперимента" проследить в деталях за всеми аспектами поведения системы (в рамках точности используемой модели).

Отрасль нанотехнологий является, вероятно, одним из самых ярких примеров того, как моделирование не только позволяет выяснять важные детали о структуре материалов, динамике химических процессов и т.п., но и фактически направляет развитие науки. Именно с помощью квантово-химических расчётов за 12 лет до экспериментальной расшифровки структуры была продемонстрирована стабильность фуллеренов [2]. Теоретические расчёты электронной структуры углеродных нанотрубок [3], а также предсказания о высокой прочности этих наноструктур [4], послужили толчком для взрывного роста интереса к углеродным нанотрубкам сразу после их обнаружения. Именно лежащие в основе теории углеродных нанотрубок расчёты необычной зонной структуры графена [5] послужили мотивацией для экспериментального приготовления этого материала, на сегодняшний момент являющегося несомненным лидером среди наноматериалов по количеству исследований и возлагаемым на него надеждам. Наконец, вся область нанотехнологий во многом обязана проявляемым к ней научным и техническим интересом именно детальному анализу перспектив этой области, проведённому Э. Дрекслером с интенсивным применением методов компьютерного моделирования [1].

Хотелось бы также упомянуть недавнюю работу группы Д. Бейкера [6], в которой целый набор методов моделирования был применён для проектирования фермента, катализирующего химическую реакцию, которая в живой природе не встречается. Таким образом, исследователи фактически смогли спроектировать молекулярную машину, способную избирательным образом катализировать заранее заданную химическую реакцию; перспективы подобного подхода к молекулярно-организованным системам, в число которых входят как живые объекты, так и наноструктуры, поистине поражают воображения.

Исследования в области неорганических наноструктур и наноматериалов можно условно разделить на две приблизительно сопоставимых по масштабам отрасли, а именно - углеродные и неуглеродные материалы.

К первым относятся такие объекты, как наноалмазы, фуллерены, углеродные нанотрубки, графен. Углеродные наноматериалы известны уже достаточно давно. За счёт высокой прочности ковалентных связей С-С эти материалы обычно обладают чётко определяемой структурой с небольшим количеством дефектов, что проявляется в крайне разнообразных, но надёжно воспроизводимых свойствах - классическим примером здесь являются однослойные углеродные нанотрубки, которые в зависимости от симметрии структуры могут проявлять электронные свойства от полупроводниковых до металлических. В настоящее время основной научный интерес в этой отрасли представляют объекты на основе графена - самого "молодого" представителя семейства углеродных наноматериалов. В частности, графен чрезвычайно привлекателен в области наноэлектроники и спинтроники в силу великолепных проводящих свойств; кроме того, колоссальная механическая прочность графена представляет большой интерес для создания композитных материалов, обладающих одновременно высокой твёрдостью и электрической проводимостью.

Во вторую категорию попадают наноразмерные структуры разнообразных оксидов, металлов, ковалентных материалов на основе элементов III-V групп периодической системы и т.д. Такие материалы, как правило, не обладают столь хорошо контролируемой атомарной структурой, как в случае углеродных материалов, поэтому техника работы с этими материалами на атомарном уровне развита намного слабее, нежели в случае углеродных наноструктур. Колоссальное разнообразие химического состава и морфологии неуглеродных наноструктур отчасти компенсирует проблему отсутствия контроля над структурой богатством выбора материала и формы частиц; тем не менее, возможность работы с такими материалами с атомарной точностью жизненно важна для создания действительно сложных функциональных наносистем. Наконец, большой самостоятельный интерес представляют гибридные наноструктуры на основе различных неуглеродных и углеродных наноматериалов.

В настоящей работе внимание уделено как неуглеродным, так и углеродным квазидвумерным наноструктурам и наноматериалам. В разделе 2 проводится детальное изучение атомарной структуры двумерных наноплёнок диоксида кремния и наноструктур на их основе. Установлена взаимосвязь общей морфологии наноструктур и локальной топологии химических связей. Изучено влияние координационных дефектов на электронное строение наноструктур. Кроме того, изучены структура и электронные свойства гибридных нанотрубок C@SiC>2 и их многотерминальных соединений. Показано, что нанотрубки диоксида кремния могут служить эффективным защитным покрытием для углеродных нанотрубок, изолируя их от нежелательных воздействий внешней среды.

В главе 3.1 рассматриваются магнитные свойства моновакансий в графеновом листе. Показано, что создание периодических сверхрешёток из вакансий превращает графен в магнитный "метаматериал" с управляемыми свойствами, интересный с точки зрения создания спинтронных устройств и даже целых "интегральных схем" на графеновом листе. Глава 3.2 посвящена исследованию монофторида графита и графана - двух родственных материалов, структура и физико-химические свойства которых на атомарном уровне сравнительно плохо изучены с экспериментальной точки зрения. Получены параметры молекулярной механики для описания взаимодействия материалов с другими веществами (например, в составе композитного материала).

Цель работы

Задачей настоящей работой было исследование неуглеродных и углеродных наноматериалов и наноструктур, которые в силу своих физико-химических свойств могли бы послужить основой для будущих наноразмерных устройств (в первую очередь, электронных и спинтронных) и наноструктурированных или композиционных материалов. В работе предполагалось решить следующие задачи:

1) Исследовать новый класс неорганических наноструктур на основе диоксида кремния, рассчитать их электронную структуру и оценить стабильность и возможность практической реализации: a. Двумерные наноплёнки. b. Полые нанокластеры. c. Однослойные нанотрубки и композитные нанотрубки C@Si02.

2) Исследовать возможность создания наноспинтронных компонентов и устройств на основе графенового листа с моновакансиями.

3) Изучить структуру двух родственных друг другу слоистых наноматериалов - производных графена (графита): a. Монофторид графита. b. Графан - гидрированный графен.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 4 статьи в реферируемых международных научных журналах и 1 обзорная статья в сборнике. Всего опубликовано 12 работ, включая тезисы конференций:

1. V. I. Artyukhov and L. A. Chernozatonskii, Structure and Layer Interaction in Graphite Fluoride and Graphane: A Comparative Computational Study, J. Phys. Chem. A 114, 5389 (2010).

2. V. I. Artyukhov and L. A. Chernozatonskii, Vacancy-patterned graphene: a meta-material for spintronics, phys. stat. sol. (b) 246, 2534 (2009).

3. L. A. Chernozatonskii, V. I. Artyukhov, and P. B. Sorokin, Silica nanotube multiterminal junctions as a coating for carbon nanotube junctions, Phys. Rev. В 74, 045402 (2006).

4. V. I. Artyukhov and L. A. Chernozatonskii, New Hollow Si02 Clusters: Structure, Energy and Electronic Characteristics, Fullerenes, Nanotubes, and Carbon Nanostructures 14, 545 (2006).

5. V. I. Artyukhov and L. A. Chernozatonskii, Silica Nanoclusters and Nanoparticles. In A. K. Ray (ed.), Nanoclusters and Nanostructured Surfaces. Los Angeles, CA: American Scientific Publishers. 2010.

6. V. I. Artyukhov and L. A. Chernozatonskii, Graphite fluoride and graphane: structure and layer interactions from first principles, International Workshop on Electronic Properties of Novel Materials (IWEPNM 2010) - Kirchberg, Austria, 6-13 March 2010, p. 41.

7. V. I. Artyukhov and L. A. Chernozatonskii, Engineering the spin transport in graphene with vacancies, International Workshop on Electronic Properties of Novel Materials (IWEPNM 09) - Kirchberg, Austria, 7-14 March 2009, p. 40.

8. V. I. Artyukhov, Graphene with vacancies: promises for spintronics, International Conference on Molecular Magnets - Florence, Italy, 21-24 September 2008, p. 166.

9. V. I. Artyukhov, J. Bruning, and L. A. Chernozatonskii, Vacancies in Graphene: a Prospect for Graphene-Based Spintronics, International Workshop on Fullerenes and Atomic Clusters (IWFAC) - St. Petersburgh, Russia, 2-6 July 2007, p. 228.

10.V. I. Artyukhov, P. B. Sorokin, and L. A. Chernozatonskii, Silica nanotubes as a coating for carbon nanotube multiterminal junctions, Science and Applications of Nanotubes - Houffalize, Belgium, 10-13 October 2005, p. 39.

11.L. A. Chernozatonskii and V. I. Artyukhov, New Si02 hollow clusters: structure, energy and electronic characteristics, International Workshop on Fullerenes and Atomic Clusters (IWFAC) - St. Petersburgh, Russia, 27 June - 1 July 2005, p. 203.

12. Артюхов В. И., Чернозатонский JI. А., «Компьютерное моделирование структуры и межслоевых взаимодействий во фториде графита и графане», Всероссийская конференция «Физико-химические аспекты технологии наноматериалов, их свойства и применение», 9-13 ноября 2009, стр. 204.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения и списка литературы. Объём работы составляет 128 страниц, в том числе 37 рисунков, 11 таблиц. Список литературы содержит 122 наименования.

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Артюхов, Василий Игоревич

Общие выводы

Рассмотрены различные гипотетические наноструктуры на основе диоксида кремния — двумерные плёнки, нанотрубки, нанокластеры. Проведён топологический анализ возможных структур. Рассчитаны геометрические параметры, энергия связи и электронная структура большого числа наноструктур.

Изучены топологические свойства, геометрические параметры, энергия связи и электронная структура двумерных однослойных наноплёнок диоксида кремния, принадлежащих к двум фундаментальным типам структур — тетрагональному и тригональному. Продемонстрирована стабильность для структур обоих типов. Энергия связи для тетрагональных и тригональных плёнок по отношению к энергии «-кварца составляет 0.75 и 0.65 эВ на формульную единицу, соответственно. Структуры обоих типов являются диэлектриками с шириной запрещённой зоны, близкой к значению для кварца. Произведён детальный анализ влияния локальной геометрии плёнок на их электронную структуру. На базе расчётов сделана оценка энергии напряжения в циклах Si202 (1.30 эВ на цикл), свободная от систематических ошибок, присущих всем предшествующим оценкам.

Рассмотрены нанокластеры и нанотрубки, в основе структуры которых лежат тетрагональные и тригональные плёнки. Показано, что тригональные нанокластеры и тетрагональные нанотрубки являются стабильными объектами с гибкой структурой. Характерные значения энергии тригональных кластеров лежат в диапазоне 0.67-0.82 эВ на формульную единицу (на -0.02-0.2 эВ выше, чем для двумерной плёнки). Энергия нанотрубок может быть даже ниже энергии соответствующей двумерной структуры — на величину до 0.29 эВ на формульную единицу, что соответствует нанотрубке типа (6,0). Проведёно сравнение результатов расчётов с обширными данными из литературы. На основании этого сравнения сделан вывод о возможности экспериментального получения рассматриваемых в этой главе структур.

Изучено влияние координационных дефектов на электронные свойства наноструктур диоксида кремния. Обнаружено влияние отдельных координационных дефектов на электронную структуру кластера в целом. Присутствие дефекта типа >Si=0 понижает ширину запрещённой зоны (энергию первого возбуждения) до 4.4 эВ, по сравнению со значениями до 5.3 эВ у не содержащих дефекты кластеров. Изучен коллективный характер влияния таких дефектов на электронные свойства. В частности, при малом расстояния между двумя дефектами ширина энергетической щели понижается до 3.2 эВ. Присутствие других типов дефектов (неспаренные электроны, повышенное координационное число) понижает эту величину до значений ниже 1.9 эВ.

Исследована перспектива использования нанотрубок диоксида кремния в качестве защитного покрытия для углеродных нанотрубок. Показано, что такое покрытие является энергетически выгодным и не нарушает электронную структуру внутренней углеродной нанотрубки. Продемонстрирована возможность создания энергетически выгодных структур многотерминальных соединений нанотрубок C@Si02.

Вышеперечисленные факты указывают на большую привлекательность диоксида кремния как материала для создания наноструктур с атомарной точностью и на важность развития экспериментальных методов работы с диоксидом кремния на таком уровне пространственного разрешения.

Предложен класс метаматериалов на основе графена, обладающих чрезвычайно интересными электронными и магнитными свойствами. Создание протяжённых дефектов в виде одномерных дорожек близко расположенных друг к другу моновакансий приводит к возникновению спиновой поляризации 7г-электронной подсистеме, что изменяет транспортные характеристики. Таким образом, свойствами систем можно управлять посредством выбора того или иного геометрического расположения вакансий (направление дорожек, расстояния между вакансиями в дорожке и между соседними дорожками) или с помощью внешних факторов, например, меняя химический потенциал электронов в графеновом листе. Кроме того, показано, что химическая пассивация вакансий лигандами, образующими tr-связь с атомом углерода, не только не уничтожает магнитные свойства структур, но и может быть использована как для защиты структур от воздействий внешней среды, так и для модификации их свойств. Возможность создания таких материалов представляет большой интерес с прикладной точки зрения. Приведено несколько "отправных точек" для развития экспериментальных методов их создания.

Проведено детальное исследование конформационной структуры монослоёв графана и монофторида графита, в том числе - ранее не рассматривавшейся кресельной конформации цис-типа. На основании результатов квантово-химических расчётов, в том числе с использованием нелокального функционала плотности, способного адекватно учитывать дисперсионные взаимодействия между слоями материала, проведена оптимизация параметров молекулярной механики для моделирования монофторида графита.

Сравнение экспериментально наблюдаемых атомных корреляционных функций с распределениями, полученными методом молекулярной динамики, свидетельствуют в пользу того, что в монофториде графита могут присутствовать участки с различной конформацией. Значения энергии различных конформаций также допускают возможность сосуществования таких участков и их стабильность.

Таким образом, детальный анализ энергий и геометрии данных структур позволяет сделать важные заключения о реальном материале и объяснить отличие наблюдаемых значений параметров слоёв в графане и монофториде графита. Главным фактором здесь явилось предположение о значительном содержании участков с кресельной конформацией 4Hc(cis)-типа. Предсказано оценочное значение межплоскостного расстояния в многослойном графане: 5-6 А в зависимости от качества приготовления образцов.

В. Артюхов у ч ч л стр.121 наноструктур на основе диоксида кремния и углерода

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Артюхов, Василий Игоревич, 2010 год

1. К. Е. Drexler, Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation; New York: John Wiley & Sons (1992).

2. Бочвар Д. А., Гальперн E. Г. Докл. АН СССР, т. 209, № 3, с. 610 (1973).

3. R. Saito, М. Fujita, G. Dresselhaus, and М. S Dresselhaus, Appl. Phys. Lett., 60, 2204 (1992).

4. M. Ю. Корнилов. Нужен трубчатый углерод. Химия и жизнь 8, 22 (1985).

5. P. R. Wallace, Phys. Rev. 71, 622 (1947).

6. L. Jiang et al., Science 319, 1387 (2008)

7. P. Hohenberg and W. Kohn, Phys. Rev. 136, B864 (1964).

8. J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 18, 3865 (1996); Phys. Rev. Lett. 78, 7, 1396 (1997).

9. P. Haas, F. Tran, and P. Blaha, Phys. Rev. В 79 (8), 085104(1-10) (2009).

10. P. P. EwakMw?. Phys. 64, 253 (1921).

11. T. Darden, D. York, and L. Pedersen, J. Chem. Phys. 98, 10089 (1993).

12. M. P. Allen, D. J. Tildesley, Computer Simulations of Liquids. Oxford: Oxford Science Publications. 1987.

13. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 64th ed.; CRC: Boca Raton, FL, 1983.

14. Т. H. DiStefano and D. E. Eastman, Solid State Commun. 9, 2259 (1971).

15. F. Liu, S. H. Garofalini, D. King-Smith, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. В 49, 12 528 (1994).

16. Y. Xu and W. Y. Ching, Phys. Rev. В 44, 11 048 (1991).

17. S. M. Stishov and S. V. Popova, Geokhimiya 10, 837 (1961).

18. A. R. Oganov, M. J. Gillan, and G. D. Price, Phys. Rev. В 71, 064104 (2005).

19. J. Badro, D. M. Teter, R. T. Downs, P. Gillet, R. J. Hemley, and J.-L. Barrat, Phys. Rev. В 56, 5797 (1997).

20. Н. Ghobarkar, О. Schaf, and U. Guth, Prog. Sol. St. Chem. 27, 29 (1999).

21. J. W. Richardson, Jr., J. J. Pluth, J. V. Smith, W. J. Dytrych, and D. M. Bibby, J. Phys. Chem. 92, 243 (1988).

22. W. Stober, A. Fink, and E. Bohn, J. Colloid Interface Sci. 26, 62 (1968).

23. H.Yamauchi, T. Ishikawa, and S. Kondo, J. Colloids Surf. 37, 71 (1989).

24. H.-P. Hentze, S.R. Raghavan, C.A. McKelvey, and E.W. Kaler, Langmuir 19, 1069 (2003).

25. Q. Sun, P. J. Kooyman, J. G. Grossmann, P. H. H. Bomans, P. M. Frederik, P. С. M. M. Magusin, Т. P. M. Beelen, R. A. van Santen, and N.A.J.M. Sommerdijk, Adv. Mater. 15, 1097 (2003).

26. J. F. Bertone, J. Cizeron, R. K. Wahi, J. K. Bosworth, and V. L. Colvin, Nano Lett. 3, 655 (2003).

27. M. P. Zach, J.T. Newberg, L. Sierra, J.C. Hemminger, and R.M. Penner, J. Phys. Chem. В 107, 5394 (2003).

28. L. Wang, D. Major, P. Paga, D. Zhang, M.G. Norton, and D.N. Mcllroy, Nanotechnology 17, S298 (2006).

29. В. C. Satishkumar, A. Govindaraj, E. M. Vogl, L. Basumallick, and C. N. R. Rao, J. Mater. Res. 12, 604 (1997).

30. M. Zhang, Y. Bando, K. Wada, J. Mater. Res. 15, 387 (2000).

31. R. Fan, Y. Wu, D. Li, M. Yue, A. Majumdar, and P. Yang, J. Am. Chem. Soc. 125, 5254 (2003).

32. Q. Ji, R. Iwaura, M. Kogiso, J. H. Jung, K. Yoshida, and T. Shimizu, Chem. Mater. 16, 250 (2004).

33. E. Pouget, E. Dujardin, A. Foutel-Richard, C. Valery, M. Paternostre, A. Moreac, V. Marchi-Artzner, D. Thomas, A. Renault, and F. Artzner, presentation at the GDR-E Nano-E "Science and Applications of Nanotubes 2005" workshop.

34. P. E. Lafargue, J. J. Gaumet, J. F. Muller, and A. Labrosse, J. Mass Spectrom. 31, 623 (1996).1. В. Артюхов 1 ^ л СТР1 наноструктур на основе диоксида кремния и углерода

35. С. Xu, W. Wang, W. Zhang, J. Zhuang, L. Liu, Q. Kong, L. Zhao, Y. Long, K. Fan, S. Qian, Y. Li, J. Phys. Chem. A 104, 9518 (2000).

36. E. Flikkema and S. T. Bromley, J. Phys. Chem. В 108, 9638 (2004).

37. S. T. Bromley and E. Flikkema, Phys. Rev. Lett. 95, 185505 (2005).

38. S. T. Bromley and E. Flikkema, J. Chem. Phys. 122, 114303 (2005).

39. M. Olek, K. Kempa, S. Jurga, and M. Giersig, Langmuir 21, 3146 (2005).

40. L. Tong, R. R. Gattass, J. B. Ashcom, S. He, J. Lou, M. Shen, I. Maxwell, and E. Mazur, Nature 426, 816 (2003).

41. N. I. Kovtyukhova, Th. E. Malluk, and Th. S. Mayer, Adv. Mater. 15, 780 (2003).

42. W. Wang, B. Gu, L. Liang, and W. Hamilton, J. Phys. Chem. В 107, 34002003).

43. L. A. Bauer, N. S. Birenbaum, and G. J. Meyer, J. Mater. Chem. 14, 5172004).

44. D. T. Mitchell, S. B. Lee, L. Trofin, N. Li, Т. K. Nevanen, H. Soderlund, and C. R. Martin, J. Am. Chem. Soc. 124, 11864 (2002).

45. S. B. Lee, D. T. Mitchell, L. Trofin, Т. K. Nevanen, H. Soderlund, and C. R. Martin, Science 296, 2198 (2002).

46. L. Wang, K. Wang, S. Santra, X. Zhao, L. R. Hilliard, J. E. Smith, Y. Wu, and W. Tan, Anal Chem. 78, 646 (2006).

47. J.-F. Chen, H.-M. Ding, J.-X. Wang, and L. Shao, Biomaterials 25, 723 (2004).

48. L.R. Hirsch, J.B. Jackson, A. Lee, N.J. Halas, and J.L. West, Anal Chem. 75, 2377 (2003).

49. L.R. Hirsch, R.J. Stafford, J.A. Bankson, S.R. Sershen, B. Rivera, R.E. Price, J.D. Hazle, N.J. Halas, and J.L. West, Proc. Nat. Acad. Sci. 100, 13549 (2003).

50. X. Gonze, J.-M. Beuken, R. Caracas, F. Detraux, M. Fuchs, G.-M. Rignanese, L. Sindic, M. Verstraete, G. Zerah, F. Jollet, M. Torrent, A. Roy, M. Mikami, Ph.

51. Ghosez, J.-Y. Raty, and D.C. Allan., Сотр. Mat. Sci. 25, 478 (2002). The ABINIT code (URL: http://www.abinit.org) is a common project of the Universite Catholique de Louvain, Corning Incorporated, and other contributors.

52. JI.A. Чернозатонский. Письма в ЖЭТФ 80, 732 (2004).

53. A. Weiss and A. Weiss, Z Anorg. Allgem. Chem. 276, 95 (1956).

54. S. T. Bromley, M. A. Zwijnenburg, and Th. Maschmeyer, Phys. Rev. Lett. 90, 035502 (2003).

55. D. R. Hamann, Phys. Rev. В 55, 22, 14784 (1997); Phys. Rev. В 73, 219903(E) (2006).

56. D. Ceresoli, M. Bernasconi, S. Iarlori, M. Parrinello, and E. Tosatti, Phys. Rev. Lett. 84, 17, 3887 (2000).

57. D. M. Teter, G. V. Gibbs, M. B. Boisen, D. C. Allan, and M. P. Teter, Phys. Rev. В 52, 8064 (1995).

58. S. T. Bromley, I. P. R. Moreira, F. Illas, and J. C. Wojdel, Phys. Rev. В 73, 134202 (2006).

59. Лайков Д. H. Развитие экономного подхода к расчету молекул методом функционала плотности и его применение к решению сложных химических задач. Дис. канд. хим. наук. М., МГУ, 2001. 102 с.

60. D.N. Laikov, Chem. Phys. Lett. 281, 151 (1997).

61. L. A. Chernozatonskii, P. B. Sorokin, and A. S. Fedorov, Phys. Sol. State 48, 2021 (2005).

62. M. A. Zwijnenburg, S. T. Bromley, M. D. Foster, R. G. Bell, O. Delgado-Friedrichs, J. C. Jansen, and Th. Maschmeyer, Chem. Mater. 16, 3809 (2004).

63. J.C. Wojdel, M.A. Zwijnenburg, and S.T. Bromley, Chem. Mater. 18, 1464 (2006)

64. J. Song and M. Choi, Phys. Rev. В 65, 241302 (2002).

65. A. Alessi, S. Agnello, F. M. Gelardi, and R. Boscaino, phys. stat. sol. (b) 245, 2128 (2008).

66. В. Артюхов 1 ч ч ч стр. 125наноструктур на основе диоксида кремния и углерода

67. P. G. Collins, К. Bradley, М. Ishigami, A. Zettl, Science 287, 1801 (2000).

68. В. R. Goldsmith, J. G. Coroneus, V. R. Khalap, A. A. Kane, G. A. Weiss, and P. G. Collins, Science 315, 77 (2007).

69. W. Orellana, R. H. Miwa, and A. Fazzio, Phys. Rev. Lett. 91, 16, 166802 (2003).

70. R. Colorado, Jr. and A. R. Baron, Chem. Mater. 16, 14, 2691 (2004).

71. N. H. de Leeuw, Z. Du, J. Li, S. Yip, and T. Zhu, Nano Lett. 3, 1347 (2003).

72. R. Lortz, Q. Zhang, W. Shi, J. T. Ye, C. Qiu, Z. Wang, H. He, P. Sheng, T. Qian, Z. Tang, N. Wang, X. Zhang, J. Wang, and С. T. Chan, Proc. Nat. Acad. Sci. 106, 7299 (2009).

73. N. L. Allinger, J. Am. Chem. Soc. 99, 8172 (1977).

74. M. W. Schmidt, К. K. Baldridge, J. A. Boatz, S. T. Elbert, M. S. Gordon, J. H. Jensen, S. Koseki, N. Matsunaga, K. A. Nguyen, S. Su, T. L. Windus, M. Dupuis, J. A. Montgomery, J. Comput. Chem. 14, 1347 (1993).

75. J. C. Wojdel and S. T. Bromley, J. Phys. Chem. В 109, 1387 (2005).

76. L. A. Chernozatonskii, Phys. Lett. A 170, 37 (1992).

77. В. I. Dunlap, Phys. Rev. В 46, 3, 1933 (1992).

78. S. K. Doom, M. J. O'Connell, L. Zheng, Y. T. Zhu, S. Huang, and J. Liu, Phys. Rev. Lett. 94, 016802 (2005).

79. L. A. Chernozatonskii, Phys. Lett. A 172, 173 (1992).

80. G. E. Scuseria, Chem. Phys. Lett. 195, 534 (1992).

81. Y. C. Choi, W. Cho, Carbon 43, 2737 (2005).

82. A. N. Andriotis, M. Menon, D. Srivastava, and L. Chernozatonskii, Phys. Rev. Lett. 87, 066802 (2001).

83. L. W. Liu, J. H. Fang, L. Lu, F. Zhou, H. F. Yang, A. Z. Jin, and C. Z. Gu, Phys. Rev. В 71, 155424 (2005).

84. К. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, Science 306, 666 (2004).

85. В. Артюхов ^ * * ^ стр. 126наноструктур на основе диоксида кремния и углерода

86. К. S. Novoselov, А. К. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, M. I. Katsnelson, I. V. Grigorieva, S. V. Dubonos, and A. A. Firsov, Nature 438, 197 (2005).

87. K. S. Novoselov, Z. Jiang, Y. Zhang, S. V. Morozov, H. L. Stormer, U. Zeitler, J. C. Maan, G. S. Boebinger, P. Kim, and A. K. Geim, Science 315, 1379 (2007).

88. С. Токе, P. E. Lammert, V. H. Crespi, and J. K. Jain, Phys. Rev. В 74, 235417 (2006).

89. С. Stampfer, J. Gu'ttinger, S. Hellmu" Her, F. Molitor, K. Ensslin, and T. Ihn, Phys. Rev. Lett. 102, 056403 (2009).

90. L. A. Chernozatonskii, P. B. Sorokin, and J. W. Briming, Appl. Phys. Lett. 91, 183103 (2007).

91. Y.-W. Son, M. L. Cohen, and S. G. Louie, Phys. Rev. Lett. 97, 216803 (2006).

92. О. V. Yazyev and L. Helm, Phys. Rev. B. 75, 125408 (2007).

93. О. V. Yazyev and M. I. Katsnelson, Phys. Rev. Lett. 100, 047209 (2008).

94. J. Cervenka, M. I. Katsnelson, and C. F. J. Flipse, Nature Phys. 5, 840 (2009).

95. E. H. Lieb, Phys. Rev. Lett. 62, 1201 (1989); Phys. Rev. Lett. 62, 1927(E) (1989).

96. E. Artacho, E. Anglada, O. Dieguez, J. D. Gale, A. Garcia, J. Junquera, R. M. Martin, P. Ordejon, J. M. Pruneda, D. Sanchez-Portal, and J M Soler, J. Phys.: Condens. Matter 20, 064208 (2008).

97. J. Junquera, O. Paz, D. Sanchez-Portal, and E. Artacho, Phys. Rev. В 64, 235111 (2001).

98. A. A. El-Barbary, R. H. Telling, C. P. Ewels, M. I. Heggie, and P. R. Briddon, Phys. Rev. В 68, 144107 (2003).

99. Y. Ma, P. O. Lehtinen, A. S. Foster, and R. M. Nieminen, New J. Phys. 6, 68 (2004).

100. V. V. Cheianov, V. Fal'ko, and B. L. Altshuler, Science 315, 1252 (2007).

101. С.-Н. Park, Y.-W. Son, Li Yang, M. L. Cohen, and S. G. Louie, Nano Lett. 8, 2920 (2008).

102. R. A. Freitas and R. C. Merkle, J. Comput. Theor. Nanosci. 5, 760 (2008).

103. H. Lee, Y.-W. Son, N. Park, S. Han, and J. Yu, Phys. Rev. В 172, 174431 (2005).

104. JI. Б. Зорина, В. П. Мельников, Высокомолекулярные соединения А 50, 1613 (2008).

105. В. П. Мельников, Д. П. Шашкин, А. Н. Щеголихин, ДАН 421, 641 (2008).

106. В. Н. Митькин, Журнал структурной химии 44, 99 (2003).

107. J. О. Sofo, A. S. Chaudhari, and G. D. Barber, Phys. Rev. В 75 (15), 153401(1-4) (2007).

108. D. C. Elias, R. R. Nair, Т. M. G. Mohiuddin, S. V. Morozov, P. Blake, M. P. Halsall, A. C. Ferrari, D. W. Boukhvalov, M, I. Katsnelson, A. K. Geim, and K. S. Novoselov, Science 323, 610-613 (2009).

109. Y. Sato, K. Itoh, R. Hagiwara, T. Fukunaga, and Y. Ito, Carbon 42, 2897 (2004).

110. J. Giraudet, M. Dubois, K. Guerin, C. Delabarre, A. Hamwi, and F. Masin, J. Phys. Chem. В 111 (51), 14143-14151 (2007).

111. N. R. Ray, A. K. Srivastava, and R. Grotzschel, arXiv:0802.3998vl cond-mat.mtrl-sci] (2008).

112. P. Е. Blochl, Phys. Rev. В 50, 17953 (1994).

113. D. Vanderbilt, Phys. Rev. В 41, 7892 (1990).

114. J.-C. Charlier, X. Gonze, and J.-P. Michenaud, Phys. Rev. В 47 (24), 16 16216 168 (1993).

115. M. Z. S. Flores, P. A. S. Autreto, S. B. Legoas, and D. Galvao, Nanotechnology 20, 465704 (2009).

116. D. K. Samarkoon and X.-Q. Wang, ACSNano 3, 4012-4022 (2009).

117. W. L. Jorgensen, D. S. Maxwell, and J. Tirado-Rives, J. Am. Chem. Soc. 118 (45), 11 225-11 236(1996).

118. E. K. Watkins and W. L. Jorgensen, J. Phys. Chem. A 105 (16), 4118-4125 (2001).

119. D. van der Spoel, E. Lindahl, B. Hess, G. Groenhof, A. E. Mark, and H. J. C. Berendsen, J. Сотр. Chem. 26, 1701 (2005).

120. M. Dion, H. Rydberg, E. Schroder, D. C. Langreth, and В. I. Lundqvist, Phys. Rev. Lett. 92 (24), 246401(1-4) (2004).

121. P. Lazic, N. Atodiresei, M. Alaei, V. Caciuc, S. Blugel, and R. Brako, arXiv:0810.2273v 1 cond-mat.mtrl-sci] (2008).

122. E. Ziambaras, J. Kleis, E. Schroder, and P. Hyldgaard, Phys. Rev. В 76 (15), 155425 (2007).

123. J. Kleis, E. Schroder, and P. Hyldgaard, Phys. Rev. В 77 (20), 205422 (2008).

124. H. J. C. Berendsen, J. P. M. Postma, W. F. van Gunsteren, A. DiNola, and J. R. Haak, J. Chem. Phys. 81, 3684 (1984).