Теоретическое описание механизмов перестройки атомной структуры ряда двумерных кристаллов на примере графена, GaN и AlN тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат наук Ерохин Сергей Владимирович

• Ерохин Сергей Владимирович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Ерохин Сергей Владимирович

Введение

Глава 1. Изучаемые наноструктуры и механизмы их трансформации

1.1 Графен и его модификация облучением высокоэнергетическими ионами

1.2 Формирование замкнутых краёв в биграфене. Теория межзёренных границ раздела

1.3 Хемосорбция атомов на поверхность многослойного графена и формирование диаманов

1.4 2В-кристаллы состава GaN и AlN

Глава 2. Методы компьютерного моделирования

2.1 Методы эмпирических потенциалов

2.1.1 Потенциал Абеля-Терсофа-Бреннера

2.1.2 Двухтемпературная модель

2.2 Торможение и распространение ионов в материале

2.3 Теория функционала электронной плотности

2.3.1 Дисперсионная поправка для теории функционала плотности (ТФП-Д)

Глава 3. Облучение графена быстрыми тяжёлыми ионами Хе

3.1 Результаты эксперимента

3.2 Моделирование

3.3 Выводы к главе

Глава 4. Исследование механизма соединения краёв отверстий в биграфене

4.1 Модель межзёренной границы

4.2 Случай разориентированного биграфена

4.3 Флексоэлектрический дипольный момент

4.4 Выводы к главе

Глава 5. Изучение нуклеации алмазной фазы в многослойном графене

5.1 Аналитическое описание химически индуцированного фазового перехода

5.2 Моделирование

5.3 Барьеры нуклеации

5.4 Выводы к главе

Глава 6. Особенности фазовой устойчивости ОаЫ и АШ на атомарном уровне

6.1 Методы моделирования

6.2 Результаты и их обсуждение

6.3 Выводы к главе

Результаты и выводы

Благодарности

Список цитируемой литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Теоретическое описание механизмов перестройки атомной структуры ряда двумерных кристаллов на примере графена, GaN и AlN»

ВВЕДЕНИЕ

Область материаловедения, посвящённая изучению низкоразмерных структур, активно развивается в последние десятилетия. Множество исследований показывают, что материалы из таких структур могут быть применены в различных отраслях науки и техники, таких как электроника, сенсорика, композитные материалы. Одними из самых популярных объектов исследования являются соединения на основе углерода, поскольку этот химический элемент обладает множеством аллотропных форм, в том числе представляющих собой низкоразмерные объекты, обладающие интересными свойствами. Самый известный двумерный кристалл - графен - долгое время был недоступен для экспериментального исследования, поскольку предполагалось, что двумерные объекты являются нестабильными. Тем не менее, Гейм, Новосёлов и др. [1] смогли изучить уникальные свойства слоев графена, отделенного от графита с помощью клейкой ленты. Данная работа основала новую область в материаловедении, посвящённую двумерным (2Э) кристаллам. Важность сделанного открытия подтверждается Нобелевской премией по физике [2] 2010 года.

Сегодня на первый план выходят вопросы не столько поиска новых низкоразмерных структур и их исследование, сколько контролируемое изменение их свойств для решения конкретных задач. Это требует теоретического понимания особенностей процессов перестройки атомной структуры в таких материалах. Данному вопросу посвящена представленная теоретическая работа.

Например, облучение высокоэнергетическими ионами с энергиями больше 1 МэВ [3-6] можно использовать для локальных модификаций атомной структуры. Предполагается, что данный метод может позволить контролируемым образом менять свойства материалов. Перестройка атомной структуры происходит как на поверхности облучённых образцов, так и в

объёме, при различных энергиях иона и в зависимости от характеристик материала. Имеющиеся экспериментальные данные [7] демонстрируют факт образования наноразмерных отверстий в верхних слоях плёнок после облучения графена и многослойных графеновых плёнок высокоэнергетическими тяжёлыми ионами. Данный подход может быть использован для локальной модификации свойств материала, однако пока нет полного понимания того, как меняется структура плёнки при взаимодействии с ионами.

В данной работе одним из предметов исследования является механизм наноструктурирования многослойного графена (МГ) путём облучения высокоэнергетическими ионами. Также изучается возможность такой модификации свойств материала, как открытие запрещённой зоны, формирование межслойных связей в многослойном графене и образование отверстий с замкнутыми краями.

Упомянутая структурная модификация активно исследовалась ранее на примере биграфена [8-10], а точнее была изучена эволюция свойств биграфена (БГ) после формирования отверстий с замкнутыми краями, но при этом механизм и термодинамика образования замкнутых краёв подробно не рассматривались. Несмотря на то, что имеется ряд экспериментальных данных [7, 11-13] о формировании замкнутых краёв, сама атомная структура замкнутых краёв неизвестна, и её экспериментальная идентификация является очень сложной, если не невыполнимой задачей. С другой стороны, теоретический анализ, основанный на простых геометрических правилах и термодинамических оценках, позволяет описать структуру границ для любой взаимной ориентации слоёв.

В данной работе показано, что теория межзёренных границ раздела однослойного графена может быть применена для описания геометрии и энергии замкнутых краёв биграфена даже в случае разориентированных слоёв.

Представленные результаты показывают, от чего зависит атомная структура замкнутых краёв, а также позволяют предсказать форму отверстий в биграфене в зависимости от места их расположения.

Другим методом модификации низкоразмерных структур является хемосорбция. Например, хорошо изученный монослойный графен, гидрированный с обеих сторон, превращается в так называемый "графан" [14, 15]. Основными особенностями, отличающими графан, являются ¿р3-гибридизация всех С-атомов (вместо ¿р2 в графене) и широкая запрещённая зона (5,4 эВ [16] вместо нулевой запрещённой зоны в полуметаллическом графене).

В результате осаждения атомов на поверхность несколько слоёв графена могут быть соединены в алмазную плёнку. Химически индуцированный фазовый переход, возможно, является единственным способом получения алмазной плёнки атомарной толщины, поскольку стандартные методы, такие как химическое осаждение из паров [17-19], не позволяют сформировать атомарно тонкие монокристаллические алмазные структуры. Было обнаружено, что сродство графена к водородной плазме является достаточным для того, чтобы вызвать соединение двух слоёв в так называемый диаман [20], который представляет собой двухслойную алмазную плёнку [21]. Из теории следует, что поверхностно-индуцированная трансформация может быть термодинамически выгодной до 10-30 слоёв графена [22], однако, экспериментальные данные ограничены получением двухслойных структур или же 3-4-слойных, когда эксперимент производится на металлической подложке [23]. Существуют, по-видимому, значительные кинетические ограничения, которые не учитывались ранее в теории при построении термодинамической фазовой диаграммы [22]. Поэтому для объяснения новых экспериментальных данных необходимо изучить процесс зародышеобразования ¿р3-фазы диамана в исходной структуре МГ.

В данной работе проведён анализ первопринципными методами, с помощью которого показано различие между случаями двухслойного графена и многослойного графена при гидрировании и фторировании. Хотя основное внимание уделяется структуре зародыша, локальным механическим напряжениям вокруг него и положению H/F на его поверхности, в данной работе также рассматривается, как внешнее давление способствует трансформации плёнок, более толстых, чем биграфен.

Влияние поверхностных эффектов на термодинамический баланс фаз также является важным и для других 2D кристаллов. Например, для недавно синтезированных 2D нитридов галлия и алюминия [24-27]. Широкое применение объёмных материалов данного состава мотивирует научное сообщество на исследование двумерных плёнок GaN и AlN, свойства которых могут регулироваться квантовым ограничением и поверхностными эффектами.

Одной из важных задач в изучении подобных материалов является определение атомной структуры наноразмерных плёнок. Для этого в данной работе тщательно изучается термодинамический баланс различных 2D-фаз и определяется влияние поверхностных эффектов на их устойчивость. Также учитывается возможный химически индуцированный фазовый переход при добавлении на поверхность химически активных атомов, например, водорода. В дополнение к термодинамическому анализу исследуются особенности перехода плёнок с фазой вюрцита в графеноподобную фазу и затем в объёмно-центрированную тетрагональную фазу. В заключение, показывается, что химически индуцированный фазовый переход может приводить к трансформации в двухслойные плёнки с однородной структурой объёмно-центрированного тетрагонального кристалла, тогда как адсорбция атомов H на более толстые плёнки приводит к дополнительной стабилизации уже имеющихся фаз.

Целью данной диссертационной работы являлось теоретическое описание механизмов перестройки атомной структуры ряда двумерных кристаллов на примере графена, GaN и AlN. Для этого предполагалось решить следующие задачи:

1. Выбрать модель, описывающую взаимодействие высокоэнергетических тяжёлых ионов с графеном. Провести моделирование процесса облучения плёнок многослойного графена.

2. Проанализировать изменения атомной структуры материала в области попадания иона. Провести сравнение с экспериментальными наблюдениями.

3. Применить модель межзёренных границ раздела для описания атомной геометрии и энергетики замкнутых краёв биграфена.

4. Обобщить модель замкнутых краёв на случай разориентированных слоёв (муар). Рассчитать флексоэлектрический дипольный момент, вызываемый локальной кривизной замкнутых краёв.

5. Смоделировать зародышеобразование алмаза в структуре многослойного графена при хемосорбции атомов H и F. Рассчитать энергию Гиббса и барьеры нуклеации алмаза. Определить влияние типа адсорбированных атомов, упаковки, количества слоёв графена и внешнего давления на формирование структуры алмазной плёнки.

6. Построить фазовую диаграмму сверхтонких плёнок состава GaN и AlN в зависимости от их толщины.

7. Показать возможные структурные превращения квазидвумерных плёнок из одной фазы в другую и построить соответствующую зависимость внутренней энергии от координаты трансформации. Рассмотреть влияние адсорбированных атомов на стабильность плёнок GaN и АШ. Научная новизна. С использованием двухтемпературной молекулярной

динамики впервые смоделировано поведение структуры плёнок многослойного

графена после облучения ионами с энергиями от 26 до 167 МэВ. Показаны характерные времена плавления структуры графеновых слоёв после облучения. Показано, что наблюдаемые в эксперименте кратеры, вероятнее всего, возникают при попадании сразу нескольких ионов Хе на небольшую площадь поверхности структуры.

Предложен новый метод, позволяющий описать структуру краёв соединённых пор в биграфене на основе теории межзёренных границ графена. Впервые рассчитаны энергии различных границ соединения краёв биграфена, а затем выведена эмпирическая зависимость, описывающая изменение энергии соединённого края от угла разориентации слоёв в биграфене и от направления их соединения. Показано, какие типы соединения возможны в случае наиболее часто встречающихся упаковок слоёв биграфена, а также где в биграфене с разориентированными слоями возможно бездефектное соединение.

Впервые изучен процесс химически индуцированного фазового превращения в сверхтонкую алмазную плёнку с учётом зародышеобразования новой фазы. Впервые был рассчитан размер водородного кластера, необходимый для соединения 3-х, 4-х и 5-и слоёв графена. На основании расчётных данных предложена аналитическая модель, позволяющая определить размер кластера из адсорбированного водорода или фтора для любого числа слоёв графена.

Построена фазовая диаграмма с зависимостью внутренней энергии от числа слоёв для 2D-кристаллов GaN и АШ со структурами вюрцита, каменной соли, объёмно-центрированной тетрагональной и графеноподобной решёткой. Были изучены барьеры перехода плёнок с фазой вюрцита в графеноподобную и затем в объёмно-центрированную тетрагональную фазу. Было исследовано влияние адсорбированных атомов на устойчивость плёнок.

Практическая значимость данной диссертационной работы заключается в достижении понимания механизмов перестройки наноструктур,

которые приведут к созданию способов контролируемого изменения свойств материалов. Например, функционализация поверхности графена или же формирование в структуре вакансий и отверстий может модифицировать его электронные свойства. Создание мембран с размерами отверстий от нанометров до нескольких микрометров может быть произведено при помощи облучения плёнок многослойного графена. Такие пленки могут, в свою очередь, быть применены для фильтрации растворов. Также в результате многих исследований было показано, что уменьшение трёхмерных материалов до квазидвумерных позволяет регулировать свойства плёнок квантовым размерным и поверхностными эффектами, благодаря чему атомарно тонкие полупроводники GaN и АШ могут быть использованы в оптоэлектронных устройствах нового поколения. Все перечисленные способы модификации материалов требуют понимания того, что именно происходит с атомарной структурой 2D кристаллов, что и исследуется в данной диссертационной работе. Таким образом, полученные результаты являются важными как с фундаментальной, так и с практической точки зрения для различных областей электронной техники.

Личный вклад автора диссертации. Автор совместно с научным руководителем, Сорокиным П.Б., формулировал задачи исследований. Подбор методик расчёта, анализ полученных данных и написание статей проводились лично автором. Все расчёты в главах 3-5 выполнялись лично автором. В главе 6 расчёты выполнены совместно с Чепкасовым И.В. В совместных работах вклад автора в теоретическую часть исследований является определяющим.

В работе с коллегами из Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (Новосибирск) и Объединённого института ядерных исследований (Дубна) эксперименты по получению и изучению структуры многослойного графена после воздействия на него высокоэнергетических

ионов проводили Н.А. Небогатикова, И.В. Антонова (ИФП СО РАН), А. Олейничак, В.А. Володин, А.В. Скуратов (ОИЯИ).

В данную диссертационную работу вошли результаты исследований, проведённых в 2016-2020 годах.

Положения, выносимые на защиту.

1. Модель многослойного графена с соединёнными краями после воздействия на него высокоэнергетическими ионами.

2. Теория соединённых краёв биграфена, основанная на модели межзёренных границ графена.

3. Теория алмазообразования в многослойном графене при адсорбции на его поверхность атомов водорода или фтора, учитывающая зародышеобразование алмаза.

4. Атомная структура и энергетика новых фаз GaN и AlN, являющихся стабильными только в виде плёнок нанометровой толщины.

Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались на: международной конференции молодых учёных (Москва, 2017), XVIII Ежегодной молодежной конференции c международным участием ИБХФ РАН-ВУЗы (Москва, 2018), Международной конференции MetaNano (Сочи, 2018), Physics Boat «Атомная структура наносистем из первопринципных расчётов и микроскопических экспериментов» (Хельсинки (Финляндия) - Стокгольм (Швеция), 2019), Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» (Москва, 2019), Международном конгрессе по графену, 2D-материалам и их приложениям «2D Materials 2019» (Сочи, 2019), 3-й Европейской гибридной онлайн-офлайн конференции «Smart Nanomaterials» (Париж (Франция), 2020), Международной конференции «Графен 2020» (Мадрид (Испания), 2020).

Результаты работы представлялись в следующих организациях на научных семинарах: федеральном государственном бюджетном научном

учреждении «Технологический институт сверхтвёрдых и новых угле-родных материалов», национальном исследовательском технологическом университете «МИСиС», Сколковском институте науки и технологий (Москва), институте физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (Новосибирск), Rice University (Хьюстон, США), National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology (QST) (Такасаки, Япония).

Публикации. Материалы диссертации отражены в 5 статьях, опубликованных в иностранных реферируемых журналах. Всего опубликовано 12 работ, с учетом тезисов и материалов конференций.

Работа выполнена при поддержке грантов НИТУ «МИСИС»: №К2-2019-016, №К2-2015-033, №К2-2017-001, гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых кандидатов наук и докторов наук Российской Федерации (МД-1046.2019.2). Квантово-химические расчеты выполнены на суперкомпьютерах НИТУ МИСиС и Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН. Диссертационная работа выполнена с использованием оборудования ЦКП ФГБНУ ТИСНУМ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6-ти глав, заключения и списка литературы. Объём работы составляет 122 страницы, включающих в себя 24 рисунка, 1 таблицу. Список цитируемой литературы содержит 195 наименований.

Глава 1. ИЗУЧАЕМЫЕ НАНОСТРУКТУРЫ И МЕХАНИЗМЫ ИХ ТРАНСФОРМАЦИИ

1.1 Графен и его модификация облучением высокоэнергетическими ионами

Углерод имеет самое большое число аллотропных модификаций при нормальных условиях, уникальность свойств которых вызывает неподдельный интерес. Углеродные материалы обладают превосходными механическими характеристиками, при этом их электронные свойства отличаются в очень широком диапазоне, что позволяет находить применение им в совершенно различных областях науки и техники.

В области двумерных материалов одной из самых популярных структур для исследования является графен, и не только из-за выдающихся свойств, но и по причине простоты его получения, моделирования и изучения на его примере различных эффектов. Графеном называется двумерная сотовая кристаллическая структура - ковалентный кристалл, состоящий из соединённых посредством ^-гибридизированных связей атомов углерода. В 2004 году в группе Андрея Гейма удалось изолировать и изучить монослои графена [1] методом микромеханического отщепления слоёв графита при помощи липкой ленты ("scotch tape" method).

Интерес научного сообщества к первому 2D-кристаллу был вызван в первую очередь его уникальными механическими, электронными и оптическими свойствами. Например, высокая частота отсечки транзисторов, работающих на основе графена, обусловлена огромной, слабо зависящей от температуры, подвижностью носителей зарядов. В работах [28, 29] было показано, что, если подвесить графен над диэлектрической подложкой, то подвижность носителей заряда составит 2-105 см2В-1с-1. Это свойство

обусловлено имеющим линейный вид уникальным законом дисперсии носителей заряда в графене. Зона проводимости и валентная зона электронной структуры графена касаются друг друга в определённых точках ^-пространства (дираковских точек) первой зоны Бриллюэна [30]. Уравнение Дирака для безмассовых частиц, а не уравнение Шрёдингера описывает волновую функцию электронов вблизи этих точек. Уникальная подвижность носителей заряда обусловлена практически равным нулю значением эффективной массы. Кроме того, проводимость не исчезает при любых положениях уровня Ферми. Нахождение уровня Ферми в точке Дирака, в которой отсутствуют носители зарядов, наблюдается без допирования. Однако, расчёты показывают, что проводимость идеального графена не обращается в ноль из-за наличия контактов. Полуметаллическая проводимость графена, хотя и является его отличительной особенностью, затрудняет использование этого 2D-кристалла в полупроводниковой электронике, где наличие запрещенной зоны -необходимое условие. Поэтому методы модификации графена для "открытия" запрещённой зоны вызывают большой интерес научного сообщества.

Для модификации электронных свойств графена может быть применено несколько способов: химическая адсорбция атомов на его поверхность [31-35], механическая деформация или создание в структуре графена разнообразных дефектов, таких как вакансии [36-39] или отверстия [40]. Последние из упомянутых структурных модификаций часто происходят в ходе применения малоизученного метода бомбардировки двумерных структур, а компьютерное моделирование является мощным инструментом изучения процессов, происходящих при таких экстремальных условиях, как взаимодействие быстрого тяжёлого иона с веществом.

Под бомбардировкой в данном случае понимается облучение материала потоком высокоэнергетичных ионов с энергиями больше 1 МэВ/нуклон. Перестройка атомной структуры может происходить как на поверхности

облучённых образцов, так и в объёме при различных энергиях иона и в зависимости от характеристик материала, и структурные изменения, вызываемые ионом, могут быть использованы для модификации материалов [36].

Например, облученные полимерные плёнки, подвергнутые последующему травлению, находят свое применение в качестве пористых мембран с диаметром отверстий от нанометров до нескольких микрометров. Фильтрация растворов при помощи материала, полученного описанным способом, имеет высокую эффективность [3, 4, 6, 41]. Существенная модификация атомной структуры материала, происходящая в цилиндрических областях вдоль траекторий ионов, обуславливает образование отверстий [5, 42].

Глубина 100А оа Глубина

Рис. 1-1. (а) Схема взаимодействия с веществом быстрых и медленных ионов [43]. (Ь-е) С помощью пакета БММ [44, 45] рассчитаны потери иона с энергией 100 МэВ на прохождение графита при соударении (Ь) и ионизации (е)

При прохождении высокоэнергетических ионов сквозь материал за короткое время в областях трека выделяется огромное количество энергии (см. Рис. 1-1а). Взаимодействие быстрого иона с твёрдым образцом можно разделить на два типа, относящиеся к разным механизмам, называемым электронным и ядерным торможением. Они обычно описываются с помощью электронной (5е) и ядерной (5П) тормозных способностей соответственно.

Неупругое столкновение между ионом и электронами в образце приводит к описанному электронному торможению, преобладающему при более высоких энергиях ионов (см. Рис. 1-1с). Электронные возбуждения преобразуются в тепло по различным механизмам, поэтому электронная структура образца сильно влияет на результат воздействия ионов. В металлах из-за наличия электронов проводимости электронные возбуждения делокализованы. Возбуждения в диэлектриках могут порождать сильный нагрев решётки в небольшой области, и, когда отданная энергия превышает пороговое значение, которое зависит от материала, внутри областей цилиндрических треков начинают формироваться дефекты.

Столкновения между ионом и атомами-мишенями приводит к ядерному торможению за счет частичной экранировки электронами данных атомов. Кулоновское экранированное взаимодействие и передача импульса определяют потерю энергии (см. Рис. 1-1Ь). Однако, только относительно низкоэнергетические ионы (Бкт < 100 кэВ/нуклон) склонны к порождению ядерного торможения.

На концах траекторий ионов, обычно составляющих несколько микрометров, в случае быстрых тяжёлых ионов появляются дефекты из-за ядерного торможения, а структурные модификации из-за электронного торможения обычно наиболее выражены вблизи поверхности. Процессы, обычно протекающие при высоких давлениях и температурах, могут происходить из-за экстремальных условий при преобразовании электронных

возбуждений в тепло. Для графита переход атомов углерода из ¿р2-гибридизации в ¿р3 наряду с локальным образованием наноалмазов в графитовой матрице являются такими примерами [46-48].

Появление на поверхностях облучённых материалов топографических особенностей, таких как кратеры или бугорки показано в [43]. Исследование показало, что, как правило, увеличивается и шероховатость поверхности в целом. Крупные структурные дефекты поверхности образуются вследствие довольно сложных процессов, характеризующаяся резкой пороговой зависимостью от энергии ионов. В некоторых случаях, фазовые переходы (плавление и т. д.) происходят на поверхности облучаемых материалов [43]. Что касается количественных характеристик, на поверхности образцов графита, облученных ионами с энергией, варьирующейся в диапазоне от 100 МэВ до 1.5 ГэВ, образуются наросты высотой от 0.3 до 0.9 нм и средним диаметром от 2 до 3.5 нм. Не было выявлено зависимости характерных размеров поверхностных дефектов от типа ионов и значений £е [49]. Кроме того, теоретические предсказания порогового значения £е для образования дефектов на поверхности графита [50] совпали с величиной 7.2 кэВ/нм, полученной в работе [49] экспериментально. Более низкие значения £е (и, соответственно меньшее тепловыделение в материале) не приводят к значительным структурным изменениям. Ионизационные потери в диапазоне от 7 до 18 кэВ/нм демонстрируют зависимость с насыщением по числу сформировавшихся наростов в зависимости от Бе. Имеется в виду, что вероятность стопроцентного образования нароста на поверхности графита достигается только для значений Бе больших, чем 18 кэВ/нм. Авторами на основании этих наблюдений было предсказано, что облучение графита быстрыми тяжёлыми ионами скорее ведёт к прерывистым аморфным областям, распределённым случайным образом, а не к образованию "классических" треков.

Бомбардировка ионами традиционно моделируется с помощью каскадной симуляции, а эффект неупругого рассеяния электронов, если он включается, вводится через слагаемое трения в уравнение движения. Известное ограничение таких методов состоит в том, что в них пренебрегают изменениями в электронной подсистеме. Это пренебрежение является разумным при облучении ионами невысоких энергий, в противном случае большая часть потерь энергии иона уходит на неупругое взаимодействие с электронами (ионизацию).

Одним из методов, учитывающих взаимодействие с электронами, является так называемая двухтемпературная модель молекулярной динамики, в которой атомная подсистема взаимодействует с электронной через обмен энергией, который описывается уравнением диффузии тепла. Энергетические потери иона, вызванные электронным торможением (электрон-ионным взаимодействием), задаются как температурное распределение в электронной подсистеме и рассчитываются отдельным статистическим программным пакетом. Энергия от "горячих" электронов поступает в атомную систему через термостат Ланжевена [51], который зависит от локальной электронной температуры [52].

1.2 Формирование замкнутых краёв в биграфене. Теория межзёренных границ раздела

Помимо изучения графена проводится всестороннее исследование двухслойного графена [53] (см. Рис. 1-2а,Ь). Равносильно случаю монослоя графена, двухслойный графен проявляет свойства полуметалла, однако в отличие от графена закон дисперсии носителей зарядов носит квадратичный характер [54]. Задача создания в двухслойном графене запрещённой зоны, так же как и в монослое, не теряет актуальности. Запрещённая зона в двухслойном графене открывается такими способами, как механическая деформация,

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ерохин Сергей Владимирович, 2021 год

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Two-dimensional atomic crystals / K.S. Novoselov [et al.] // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2005. - Vol. 102. - № 30. - P. 10451-10453.

2. Графен: материалы Флатландии / К.С. Новоселов // Успехи физических наук. - 2011. -Vol. 181. - № 12. - P. 1299-1311.

3. A. Schulz, G. N. Akapiev, V. V. Shirkova, H. Rosier and S. N. Dmitriev // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B. - 2005. - Vol. 236. - P. 254-258.

4. D. Fink, L. T. Chadderton, K. Hoppe, W. R. Fahrner, A. Chandra and A. Kiv // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B. - 2007. - Vol. 261. - P. 727-730.

5. G. N. Akapiev, S. N. Dmitriev, B. Erler, V. V. Shirkova, A. Schulz and H. Pietsch // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B. - 2003. - Vol. 208. - P. 133-136.

6. H. Hanot and E. Ferain // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B. - 2009. - Vol. 267. -P. 1019-1022.

7. Nanostructuring few-layer graphene films with swift heavy ions for electronic application: tuning of electronic and transport properties / N.A. Nebogatikova [et al.] // Nanoscale. -2018. - Vol. 10. - № 30. - P. 14499-14509.

8. Bigraphene nanomeshes: Structure, properties, and formation / L.A. Chernozatonskii, V.A. Demin, A.A. Artyukh // JETP Letters. - 2014. - Vol. 99. - № 5. - P. 309-314.

9. Bilayered semiconductor graphene nanostructures with periodically arranged hexagonal holes / D.G. Kvashnin [et al.] // Nano Research. - 2015. - Vol. 8. - № 4. - P. 1250-1258.

10. Bilayered graphene as a platform of nanostructures with folded edge holes / L.A. Chernozatonskii, V.A. Demin, P. Lambin // Physical Chemistry Chemical Physics. - 2016. -Vol. 18. - № 39. - P. 27432-27441.

11. Open and Closed Edges of Graphene Layers / Z. Liu [et al.] // Physical Review Letters. -2009. - Vol. 102. - № 1. - P. 015501.

12. Electron-beam engineering of single-walled carbon nanotubes from bilayer graphene / G. Algara-Siller [et al.] // Carbon. - 2013. - Vol. 65. - P. 80-86.

13. Controlled formation of closed-edge nanopores in graphene / K. He [et al.] // Nanoscale. -2015. - Vol. 7. - № 27. - P. 11602-11610.

14. Cluster expansion method for adsorption: Application to hydrogen chemisorption on graphene / M.H. Sluiter, Y. Kawazoe // Physical Review B. - 2003. - Vol. 68. - № 8. -P. 085410.

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

Graphane: A two-dimensional hydrocarbon / J.O. Sofo, A.S. Chaudhari, G.D. Barber // Physical Review B. - 2007. - Vol. 75. - № 15. - P. 153401.

Accurate electronic band gap of pure and functionalized graphane from GW calculations / S. Lebegue [et al.] // Physical Review B. - 2009. - Vol. 79. - № 24. - P. 245117. Nanocrystalline Diamond Films / D.M. Gruen // Annual Review of Materials Science. -1999. - Vol. 29. - № 1. - P. 211-259.

Surface composition, bonding, and morphology in the nucleation and growth of ultra-thin, high quality nanocrystalline diamond films / A.V. Sumant [et al.] // Diamond and Related Materials. - 2007. - Vol. 16. - № 4. - P. 718-724.

The CVD of Nanodiamond Materials / J.E. Butler, A.V. Sumant // Chemical Vapor Deposition. - 2008. - Vol. 14. - № 7-8. - P. 145-160.

Diamond-like C2H nanolayer, diamane: Simulation of the structure and properties / L.A. Chernozatonskii [et al.] // JETP Letters. - 2009. - Vol. 90. - № 2. - P. 134-138. Hydrogenation of bilayer graphene and the formation of bilayer graphane from first principles / O. Leenaerts, B. Partoens, F.M. Peeters // Physical Review B. - 2009. - Vol. 80.

- № 24. - P. 245422.

Phase Diagram of Quasi-Two-Dimensional Carbon, From Graphene to Diamond / A.G. Kvashnin [et al.] // Nano Letters. - 2014. - Vol. 14. - № 2. - P. 676-681. Interlayer Carbon Bond Formation Induced by Hydrogen Adsorption in Few-Layer Supported Graphene / S. Rajasekaran [et al.] // Physical Review Letters. - 2013. - Vol. 111.

- № 8. - P. 085503.

Two-dimensional gallium nitride realized via graphene encapsulation / Z.Y. Al Balushi [et al.] // Nature Materials. - 2016. - Vol. 15. - № 11. - P. 1166-1171. Evidence for graphite-like hexagonal AlN nanosheets epitaxially grown on single crystal Ag(111) / P. Tsipas [et al.] // Applied Physics Letters. - 2013. - Vol. 103. - № 25. -P.251605.

Growth of 2D GaN Single Crystals on Liquid Metals / Y. Chen [et al.] // Journal of the American Chemical Society. - 2018. - Vol. 140. - № 48. - P. 16392-16395. Stability and electronic properties of GaN phases with inversion symmetry to inherently inhibit polarization / A. Sun, S.-P. Gao, G. Gu // Physical Review Materials. - 2019. -Vol. 3. - № 10. - P. 104604.

Ultrahigh electron mobility in suspended graphene / K.I. Bolotin [et al.] // Solid State Communications. - 2008. - Vol. 146. - № 9. - P. 351-355.

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

Approaching ballistic transport in suspended graphene / X. Du [et al.] // Nature Nanotechnology. - 2008. - Vol. 3. - № 8. - P. 491-495.

Wakabayashi K. Electronic and Magnetic Properties of Nanographites // Carbon-based magnetism: an overview of the magnetism of metal free carbon-based compounds and materials. - Elsevier, 2006. - P. 279-304.

Similarity in Band Gap Behavior of Modified Graphene with Different Types of Functionalization / L.A. Chernozatonskii [et al.] // The Journal of Physical Chemistry C. -2014. - Vol. 118. - № 2. - P. 1318-1321.

Strong Influence of Graphane Island Configurations on the Electronic Properties of a Mixed Graphene/Graphane Superlattice / L.A. Chernozatonskii [et al.] // The Journal of Physical Chemistry C. - 2012. - Vol. 116. - № 37. - P. 20035-20039.

Two-dimensional semiconducting nanostructures based on single graphene sheets with lines of adsorbed hydrogen atoms / L.A. Chernozatonskii, P.B. Sorokin, J.W. Brüning // Applied Physics Letters. - 2007. - Vol. 91. - № 18. - P. 183103.

Electronic superlattices and waveguides based on graphene: structures, properties and applications / L.A. Chernozatonskii, P.B. Sorokin // Physica Status Solidi (b). - 2008. -Vol. 245. - № 10. - P. 2086-2089.

Nanoengineering Structures on Graphene with Adsorbed Hydrogen "Lines" / L.A. Chernozatonskii, P.B. Sorokin // The Journal of Physical Chemistry C. - 2010. - Vol. 114. -№ 7. - P. 3225-3229.

Metal-semiconductor (semimetal) superlattices on a graphite sheet with vacancies / L.A. Chernozatonskii [et al.] // JETP Letters. - 2006. - Vol. 84. - № 3. - P. 115-118. Vacancy-patterned graphene: A meta-material for spintronics / V.I. Artyukhov, L.A. Chernozatonskii // Physica Status Solidi (b). - 2009. - Vol. 246. - № 11-12. - P. 2534-2539. Bandgap Opening by Patterning Graphene / M. Dvorak, W. Oswald, Z. Wu // Scientific Reports. - 2013. - Vol. 3. - № 1. - P. 1-7.

Energy gaps in graphene nanomeshes / W. Oswald, Z. Wu // Physical Review B. - 2012. -Vol. 85. - № 11. - P. 115431.

Creating nanoporous graphene with swift heavy ions / H. Vázquez [et al.] // Carbon. - 2017. - Vol. 114. - P. 511-518.

P. Apel // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B. - 2003. - Vol. 208. - P. 11-20. A. V. Mitrofanov and P. Yu. Apel // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B. - 2006. -Vol. 245. - P. 332-336.

43. Single ion induced surface nanostructures: a comparison between slow highly charged and swift heavy ions / F. Aumayr [et al.] // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2011. -Vol. 23. - № 39. - P. 393001.

44. A Monte Carlo computer program for the transport of energetic ions in amorphous targets / J.P. Biersack, L.G. Haggmark // Nuclear Instruments and Methods. - 1980. - Vol. 174. -№ 1. - P. 257-269.

45. Ziegler J.F. The Stopping and Range of Ions in Matter // Treatise on Heavy-Ion Science: Volume 6: Astrophysics, Chemistry, and Condensed Matter / ed. D.A. Bromley. - Boston, MA: Springer US, 1985. - P. 93-129.

46. Ion and electron irradiation-induced effects in nanostructured materials / A.V. Krasheninnikov, K. Nordlund // Journal of applied physics. - 2010. - Vol. 107. - № 7. -P. 3.

47. Production of nanodiamonds by high-energy ion irradiation of graphite at room temperature / T.L. Daulton [et al.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. - 2001. - Vols. 175-177. - P. 12-20.

48. Transformation of graphite into nanodiamond following extreme electronic excitations / A. Dunlop [et al.] // Physical Review B. - 2007. - Vol. 76. - № 15. - P. 155403.

49. Tracks of swift heavy ions in graphite studied by scanning tunneling microscopy / J. Liu [et al.] // Physical Review B. - 2001. - Vol. 64. - № 18. - P. 184115.

50. Nanostructuring graphene by dense electronic excitation / O. Ochedowski [et al.] // Nanotechnology. - 2015. - Vol. 26. - № 46. - P. 465302.

51. Molecular-dynamics study of a three-dimensional one-component model for distortive phase transitions / T. Schneider, E. Stoll // Physical Review B. - 1978. - Vol. 17. - № 3. -

P. 1302-1322.

52. Including the effects of electronic stopping and electron-ion interactions in radiation damage simulations / D.M. Duffy, A.M. Rutherford // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2006. - Vol. 19. - № 1. - P. 016207.

53. The electronic properties of bilayer graphene / E. McCann, M. Koshino // Reports on Progress in Physics. - 2013. - Vol. 76. - № 5. - P. 056503.

54. Landau-Level Degeneracy and Quantum Hall Effect in a Graphite Bilayer / E. McCann, V.I. Fal'ko // Physical Review Letters. - 2006. - Vol. 96. - № 8. - P. 086805.

55. Biased Bilayer Graphene: Semiconductor with a Gap Tunable by the Electric Field Effect / E.V. Castro [et al.] // Physical Review Letters. - 2007. - Vol. 99. - № 21. - P. 216802.

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

Bilayered graphene/ h -BN with folded holes as new nanoelectronic materials: modeling of structures and electronic properties / L.A. Chernozatonskii, V.A. Demin, S. Bellucci // Scientific Reports. - 2016. - Vol. 6. - № 1. - P. 1-9.

Cones, Pringles, and Grain Boundary Landscapes in Graphene Topology / Y. Liu, B.I. Yakobson // Nano Letters. - 2010. - Vol. 10. - № 6. - P. 2178-2183. Universal Rule on Chirality-Dependent Bandgaps in Graphene Antidot Lattices / X. Liu, Z. Zhang, W. Guo // Small. - 2013. - Vol. 9. - № 8. - P. 1405-1410.

Optical properties of graphene antidot lattices / T.G. Pedersen [et al.] // Physical Review B. - 2008. - Vol. 77. - № 24. - P. 245431.

Asymmetry gap in the electronic band structure of bilayer graphene / E. McCann // Physical Review B. - 2006. - Vol. 74. - № 16. - P. 161403.

Graphene Antidot Lattices: Designed Defects and Spin Qubits / T.G. Pedersen [et al.] // Physical Review Letters. - 2008. - Vol. 100. - № 13. - P. 136804. Bandgap Opening in Graphene Antidot Lattices: The Missing Half / F. Ouyang [et al.] // ACS Nano. - 2011. - Vol. 5. - № 5. - P. 4023-4030.

Electronic properties of graphene antidot lattices / J.A. Fürst [et al.] // New Journal of Physics. - 2009. - Vol. 11. - № 9. - P. 095020.

Crystallographically selective nanopatterning of graphene on SiO 2 / P. Nemes-Incze [et al.] // Nano Research. - 2010. - Vol. 3. - № 2. - P. 110-116.

Nanoscale lithography of graphene with crystallographic orientation control / G. Dobrik [et al.] // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. - 2012. - Vol. 44. - № 6. -P. 971-975.

Large-Scale Fabrication of 2-D Nanoporous Graphene Using a Thin Anodic Aluminum Oxide Etching Mask / J.H. Lee [et al.] // J Nanosci Nanotechnol. - 2013. - Vol. 13. -P. 7401-5.

Knock-on damage in bilayer graphene: Indications for a catalytic pathway / J. Zubeltzu [et al.] // Physical Review B. - 2013. - Vol. 88. - № 24. - P. 245407. Graphene nanomesh / J. Bai [et al.] // Nature nanotechnology. - 2010. - Vol. 5. - № 3. -P. 190.

Patterning Graphene through the Self-Assembled Templates: Toward Periodic Two-Dimensional Graphene Nanostructures with Semiconductor Properties / A. Sinitskii, J.M. Tour // Journal of the American Chemical Society. - 2010. - Vol. 132. - № 42. - P. 1473014732.

70. Fabrication and Characterization of Large-Area, Semiconducting Nanoperforated Graphene Materials / M. Kim [et al.] // Nano Letters. - 2010. - Vol. 10. - № 4. - P. 1125-1131.

71. Thermal stability studies of CVD-grown graphene nanoribbons: Defect annealing and loop formation / J. Campos-Delgado [et al.] // Chemical Physics Letters. - 2009. - Vol. 469. -№ 1. - P. 177-182.

72. Low temperature edge dynamics of AB-stacked bilayer graphene: Naturally favored closed zigzag edges / D. Zhan [et al.] // Scientific Reports. - 2011. - Vol. 1. - № 1. - P. 1-5.

73. Curvature-induced polarization in carbon nanoshells / T. Dumitricä, C.M. Landis, B.I. Yakobson // Chemical Physics Letters. - 2002. - Vol. 360. - № 1-2. - P. 182-188.

74. Flexoelectricity in Carbon Nanostructures: Nanotubes, Fullerenes, and Nanocones / A.G. Kvashnin, P.B. Sorokin, B.I. Yakobson // The Journal of Physical Chemistry Letters. -2015. - Vol. 6. - № 14. - P. 2740-2744.

75. Topological defects in graphene: Dislocations and grain boundaries / O.V. Yazyev, S.G. Louie // Physical Review B. - 2010. - Vol. 81. - № 19. - P. 195420.

76. Control of Graphene's Properties by Reversible Hydrogenation: Evidence for Graphane / D C. Elias [et al.] // Science. - 2009. - Vol. 323. - № 5914. - P. 610-613.

77. Hydrogen storage by spillover on graphene as a phase nucleation process / Y. Lin, F. Ding, B.I. Yakobson // Physical Review B. - 2008. - Vol. 78. - № 4. - P. 041402.

78. H-Spillover through the Catalyst Saturation: An Ab Initio Thermodynamics Study / A.K. Singh, M.A. Ribas, B.I. Yakobson // ACS Nano. - 2009. - Vol. 3. - № 7. - P. 1657-1662.

79. Controlled, Stepwise Reduction and Band Gap Manipulation of Graphene Oxide / A. Mathkar [et al.] // The Journal of Physical Chemistry Letters. - 2012. - Vol. 3. - № 8. -P. 986-991.

80. Fluorographene: a two-dimensional counterpart of Teflon / R.R. Nair [et al.] // Small. -2010. - Vol. 6. - № 24. - P. 2877-2884.

81. Properties of Fluorinated Graphene Films / J.T. Robinson [et al.] // Nano Letters. - 2010. -Vol. 10. - № 8. - P. 3001-3005.

82. Graphene Fluoride: A Stable Stoichiometric Graphene Derivative and its Chemical Conversion to Graphene / Zboril Radek [et al.] // Small. - 2010. - Vol. 6. - № 24. -P. 2885-2891.

83. Hallmark of Perfect Graphene / E.J. Duplock, M. Scheffler, P.J.D. Lindan // Physical Review Letters. - 2004. - Vol. 92. - № 22. - P. 225502.

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

Calling all chemists / R. Ruoff // Nature Nanotechnology. - 2008. - Vol. 3. - № 1. - P. 1011.

Electronics and Magnetism of Patterned Graphene Nanoroads / A.K. Singh, B.I. Yakobson // Nano Letters. - 2009. - Vol. 9. - № 4. - P. 1540-1543.

Patterning nanoroads and quantum dots on fluorinated graphene / M.A. Ribas [et al.] // Nano Research. - 2011. - Vol. 4. - № 1. - P. 143-152.

Vacancy Clusters in Graphane as Quantum Dots / A.K. Singh, E.S. Penev, B.I. Yakobson // ACS Nano. - 2010. - Vol. 4. - № 6. - P. 3510-3514.

The ultimate diamond slab: GraphAne versus graphEne / E. Muñoz [et al.] // Diamond and Related Materials. - 2010. - Vol. 19. - № 5-6. - P. 368-373.

Oxygen-activated growth and bandgap tunability of large single-crystal bilayer graphene / Y. Hao [et al.] // Nature Nanotechnology. - 2016. - Vol. 11. - № 5. - P. 426-431. Growth and properties of few-layer graphene prepared by chemical vapor deposition / H.J. Park [et al.] // Carbon. - 2010. - Vol. 48. - № 4. - P. 1088-1094.

Converting chemically functionalized few-layer graphene to diamond films: a computational study / L.Y. Antipina, P.B. Sorokin // The Journal of Physical Chemistry C. - 2015. -Vol. 119. - № 5. - P. 2828-2836.

Transition from direct band gap to indirect band gap in fluorinated carbon / Y. Takagi, K. Kusakabe // Physical Review B. - 2002. - Vol. 65. - № 12. - P. 121103. Influence of Size Effect on the Electronic and Elastic Properties of Diamond Films with Nanometer Thickness / L.A. Chernozatonskii [et al.] // The Journal of Physical Chemistry C.

- 2011. - Vol. 115. - № 1. - P. 132-136.

Formation and electronic properties of hydrogenated few layer graphene / L. Zhu [et al.] // Nanotechnology. - 2011. - Vol. 22. - № 18. - P. 185202.

Two types of graphite fluorides, (CF)n and (C2F)n, and discharge characteristics and mechanisms of electrodes of (CF)n and (C2F)n in lithium batteries / N. Watanabe // Solid State Ionics. - 1980. - Vol. 1. - № 1. - P. 87-110.

Pinning of graphene to Ir(111) by flat Ir dots / P.J. Feibelman // Physical Review B. - 2008.

- Vol. 77. - № 16. - P. 165419.

Raman evidence for pressure-induced formation of diamondene / L.G.P. Martins [et al.] // Nature Communications. - 2017. - Vol. 8. - № 1. - P. 96.

Ultrahard carbon film from epitaxial two-layer graphene / Y. Gao [et al.] // Nature Nanotechnology. - 2018. - Vol. 13. - № 2. - P. 133-138.

99. Towards a better understanding of the structure of diamanoi'ds and diamanoi'd/graphene hybrids / F. Piazza [et al.] // Carbon. - 2020. - Vol. 156. - P. 234-241.

100. Chemically induced transformation of chemical vapour deposition grown bilayer graphene into fluorinated single-layer diamond / P.V. Bakharev [et al.] // Nature Nanotechnology. -2020. - Vol. 15. - № 1. - P. 59-66.

101. Nobel Lecture: Background story of the invention of efficient blue InGaN light emitting diodes / S. Nakamura // Reviews of Modern Physics. - 2015. - Vol. 87. - № 4. - P. 11391151.

102. Handbook of nitride semiconductors and devices. Vol. 2. Materials properties, physics and growth / H. Morkoc. - 2008.

103. Silicon and III-V compound nanotubes: Structural and electronic properties / E. Durgun, S. Tongay, S. Ciraci // Physical Review B. - 2005. - Vol. 72. - № 7. - P. 075420.

104. GaN Haeckelite Single-Layered Nanostructures: Monolayer and Nanotubes / D.C. Camacho-Mojica, F. Lopez-Urias // Scientific Reports. - 2015. - Vol. 5. - № 1. - P. 1-11.

105. Electron-electron and electron-hole interactions in small semiconductor crystallites: The size dependence of the lowest excited electronic state / L.E. Brus // The Journal of Chemical Physics. - 1984. - Vol. 80. - № 9. - P. 4403-4409.

106. Flexible Ultraviolet Photodetectors with Broad Photoresponse Based on Branched ZnS-ZnO Heterostructure Nanofilms / W. Tian [et al.] // Advanced Materials. - 2014. - Vol. 26. -

№ 19. - P. 3088-3093.

107. Deep-ultraviolet photodetector based on exfoliated n-type P-Ga2O3 nanobelt/p-Si substrate heterojunction / G. Shin, H.-Y. Kim, J. Kim // Korean Journal of Chemical Engineering. -2018. - Vol. 35. - № 2. - P. 574-578.

108. Polarization property of deep-ultraviolet light emission from C-plane AlN/GaN short-period superlattices / Y. Taniyasu, M. Kasu // Applied Physics Letters. - 2011. - Vol. 99. - № 25. - P. 251112.

109. Tunnel-injection quantum dot deep-ultraviolet light-emitting diodes with polarization-induced doping in III-nitride heterostructures / J. Verma [et al.] // Applied Physics Letters. -2014. - Vol. 104. - № 2. - P. 021105.

110. Ultrawide-Bandgap Semiconductors: Research Opportunities and Challenges / J.Y. Tsao [et al.] // Advanced Electronic Materials. - 2018. - Vol. 4. - № 1. - P. 1600501.

111. Phase Diagram of Quasi-Two-Dimensional Carbon, From Graphene to Diamond / A.G. Kvashnin [et al.] // Nano Letters. - 2014. - Vol. 14. - № 2. - P. 676-681.

112. Chemically induced transformation of chemical vapour deposition grown bilayer graphene into fluorinated single-layer diamond / P.V. Bakharev [et al.] // Nature Nanotechnology. -2019. - Vol. 15. - P. 59-66.

113. Nano-thermodynamics of chemically induced graphene-diamond transformation / S.V. Erohin [et al.] // Small. - 2020. - Vol. 16. - № 47. - P. 2070256.

114. Spontaneous Graphitization of Ultrathin Cubic Structures: A Computational Study / P.B. Sorokin [et al.] // Nano Letters. - 2014. - Vol. 14. - № 12. - P. 7126-7130.

115. Ionic Graphitization of Ultrathin Films of Ionic Compounds / A.G. Kvashnin [et al.] // The Journal of Physical Chemistry Letters. - 2016. - Vol. 7. - № 14. - P. 2659-2663.

116. Graphitic Nanofilms as Precursors to Wurtzite Films: Theory / C.L. Freeman [et al.] // Physical Review Letters. - 2006. - Vol. 96. - № 6. - P. 066102.

117. Monolayer honeycomb structures of group-IV elements and III-V binary compounds: First-principles calculations / H. §ahin [et al.] // Physical Review B. - 2009. - Vol. 80. - № 15. -P.155453.

118. Intriguing electronic structures and carrier mobilities of two-dimensional GaN nanosheets: Thickness and surface effects / J. Wang [et al.] // Computational Materials Science. - 2020. - Vol. 172. - P. 109337.

119. New empirical model for the structural properties of silicon / J. Tersoff // Physical Review Letters. - 1986. - Vol. 56. - № 6. - P. 632-635.

120. A second-generation reactive empirical bond order (REBO) potential energy expression for hydrocarbons / D.W. Brenner [et al.] // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2002. -Vol. 14. - № 4. - P. 783-802.

121. The effect of electron-ion interactions on radiation damage simulations / A.M. Rutherford, D.M. Duffy // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2007. - Vol. 19. - № 49. -

P. 496201.

122. On the a particles of radium, and their loss of range in passing through various atoms and molecules / W.H. Bragg, R. Kleeman // The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. - 1905. - Vol. 10. - № 57. - P. 318-340.

123. Density dependence of stopping cross sections measured in liquid ethane / G. Both [et al.] // Physical Review A. - 1983. - Vol. 28. - № 6. - P. 3212-3216.

124. Inhomogeneous Electron Gas / P. Hohenberg, W. Kohn // Physical Review. - 1964. -Vol. 136. - № 3B. - P. B864-B871.

125. Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects / W. Kohn, L.J. Sham // Physical Review. - 1965. - Vol. 140. - № 4A. - P. A1133-A1138.

126. Self-interaction correction to density-functional approximations for many-electron systems / J.P. Perdew, A. Zunger // Physical Review B. - 1981. - Vol. 23. - № 10. - P. 5048-5079.

127. Ground State of the Electron Gas by a Stochastic Method / D M. Ceperley, B.J. Alder // Physical Review Letters. - 1980. - Vol. 45. - № 7. - P. 566-569.

128. Exchange and correlation in atoms, molecules, and solids by the spin-density-functional formalism / O. Gunnarsson, B.I. Lundqvist // Physical Review B. - 1976. - Vol. 13. - № 10.

- P. 4274-4298.

129. Iterative minimization techniques for ab initio total-energy calculations: molecular dynamics and conjugate gradients / M.C. Payne [et al.] // Reviews of Modern Physics. - 1992. -

Vol. 64. - № 4. - P. 1045-1097.

130. Generalized Gradient Approximation Made Simple / J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof // Physical Review Letters. - 1996. - Vol. 77. - № 18. - P. 3865-3868.

131. Atoms, molecules, solids, and surfaces: Applications of the generalized gradient approximation for exchange and correlation / J.P. Perdew [et al.] // Physical Review B. -1992. - Vol. 46. - № 11. - P. 6671-6687.

132. Ab initio total energy study of brucite, diaspore and hypothetical hydrous wadsleyite / B. Winkler [et al.] // Physics and Chemistry of Minerals. - 1995. - Vol. 22. - № 7. - P. 461467.

133. Calculation of the vacancy formation energy in aluminium / M.J. Gillan // Journal of Physics: Condensed Matter. - 1989. - Vol. 1. - № 4. - P. 689.

134. Density functional theory with dispersion corrections for supramolecular structures, aggregates, and complexes of (bio)organic molecules / S. Grimme [et al.] // Organic & Biomolecular Chemistry. - 2007. - Vol. 5. - № 5. - P. 741-758.

135. Accurate description of van der Waals complexes by density functional theory including empirical corrections / S. Grimme // Journal of Computational Chemistry. - 2004. - Vol. 25.

- № 12. - P. 1463-1473.

136. Dispersion corrections to density functionals for water aromatic interactions / U. Zimmerli, M. Parrinello, P. Koumoutsakos // The Journal of Chemical Physics. - 2004. - Vol. 120. -№ 6. - P. 2693-2699.

137. Exchange-hole dipole moment and the dispersion interaction: High-order dispersion coefficients / A.D. Becke, E.R. Johnson // The Journal of Chemical Physics. - 2006. -Vol. 124. - № 1. - P. 014104.

138. Semiempirical GGA-type density functional constructed with a long-range dispersion correction / Grimme, S. // Journal of Computational Chemistry. - 2006. - Vol. 27. - № 15. -P. 1787-1799.

139. Creating nanoporous graphene with swift heavy ions / H. Vázquez [et al.] // Carbon. - 2017.

- Vol. 114. - P. 511-518.

140. Electronic thermal conductivity measurements in intrinsic graphene / S. Yigen [et al.] // Physical Review B. - 2013. - Vol. 87. - № 24. - P. 241411.

141. Atomistic simulation of ion track formation in UO2 / V.V. Pisarev, S.V. Starikov // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2014. - Vol. 26. - № 47. - P. 475401.

142. Thermal diffusivity of few-layers graphene measured by an all-optical method / H. Cabrera [et al.] // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2015. - Vol. 48. - № 46. - P. 465501.

143. Direct View of Hot Carrier Dynamics in Graphene / J.C. Johannsen [et al.] // Physical Review Letters. - 2013. - Vol. 111. - № 2. - P. 027403.

144. Fast Parallel Algorithms for Short-Range Molecular Dynamics / S. Plimpton // Journal of Computational Physics. - 1995. - Vol. 117. - № 1. - P. 1-19.

145. Lifetimes of optical phonons in graphene and graphite by time-resolved incoherent anti-Stokes Raman scattering / K. Kang [et al.] // Physical Review B. - 2010. - Vol. 81. - № 16.

- P.165405.

146. Multiscale Simulations of Irradiation Effects of Bilayer Graphene Induced by Swift Heavy Ions / D.-D. Zhao // Journal of Computational and Theoretical Nanoscience. - 2017. -Vol. 14. - № 1. - P. 485-489.

147. Ion-Irradiation-Induced Defects in Isotopically-Labeled Two Layered Graphene: Enhanced In-Situ Annealing of the Damage / M. Kalbac [et al.] // Advanced Materials. - 2013. -Vol. 25. - № 7. - P. 1004-1009.

148. Transient thermal processes in heavy ion irradiation of crystalline inorganic insulators / M. Toulemonde [et al.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. - 2000. - Vols. 166-167. - P. 903-912.

149. Graphene Reknits Its Holes / R. Zan [et al.] // Nano Letters. - 2012. - Vol. 12. - № 8. -P. 3936-3940.

150. A novel form of filamentous graphite / H. Murayama, T. Maeda // Nature. - 1990. -Vol. 345. - № 6278. - P. 791-793.

151. Analysis of non-planar graphitic structures: from arched edge planes of graphite crystals to nanotubes / S. Rotkin, Y. Gogotsi // Material Research Innovations. - 2002. - Vol. 5. - № 5.

- P. 191-200.

152. Engineering the Atomic Structure of Carbon Nanotubes by a Focused Electron Beam: New Morphologies at the Sub-Nanometer Scale / J.A. Rodríguez-Manzo, A.V. Krasheninnikov, F. Banhart // ChemPhysChem. - 2012. - Vol. 13. - № 10. - P. 2596-2600.

153. Nano-tube-like surface structure in graphite particles and its formation mechanism: A role in anodes of lithium-ion secondary batteries / K. Moriguchi [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2000. - Vol. 88. - № 11. - P. 6369-6377.

154. Raman scattering of non-planar graphite: arched edges, polyhedral crystals, whiskers and cones / P. Tan, S. Dimovski, Y. Gogotsi // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. - 2004. - Vol. 362.

- № 1824. - P. 2289-2310.

155. Mechanical relaxation and "intramolecular plasticity" in carbon nanotubes / B.I. Yakobson // Applied Physics Letters. - 1998. - Vol. 72. - № 8. - P. 918-920.

156. A reactive potential for hydrocarbons with intermolecular interactions / S.J. Stuart, A.B. Tutein, J.A. Harrison // The Journal of Chemical Physics. - 2000. - Vol. 112. - № 14. -P. 6472-6486.

157. Fast parallel algorithms for short-range molecular dynamics / S. Plimpton // Journal of Computational Physics. - 1995. - Vol. 117. - № 1. - P. 1-19.

158. C60: Sphere or Polyhedron? / R.C. Haddon // Journal of the American Chemical Society. -1997. - Vol. 119. - № 7. - P. 1797-1798.

159. Osmylation of C70: reactivity versus local curvature of the fullerene spheroid / J.M. Hawkins, A. Meyer, M.A. Solow // Journal of the American Chemical Society. - 1993. -Vol. 115. - № 16. - P. 7499-7500.

160. C2F, BN, and C nanoshell elasticity from ab initio computations / K.N. Kudin, G.E. Scuseria, B.I. Yakobson // Physical Review B. - 2001. - Vol. 64. - № 23. - P. 235406.

161. Defect energies of graphite: Density-functional calculations / L. Li, S. Reich, J. Robertson // Physical Review B. - 2005. - Vol. 72. - № 18. - P. 184109.

162. Graphene Edge from Armchair to Zigzag: The Origins of Nanotube Chirality? / Y. Liu, A. Dobrinsky, B.I. Yakobson // Physical Review Letters. - 2010. - Vol. 105. - № 23. -

P.235502.

163. Density functional calculations on the intricacies of Moiré patterns on graphite / J.M. Campanera [et al.] // Physical Review B. - 2007. - Vol. 75. - № 23. - P. 235449.

164. Commensuration and interlayer coherence in twisted bilayer graphene / E.J. Mele // Physical Review B. - 2010. - Vol. 81. - № 16. - P. 161405.

165. Electronic structure of turbostratic graphene / S. Shallcross [et al.] // Physical Review B. -2010. - Vol. 81. - № 16. - P. 165105.

166. On the Edge of Bilayered Graphene: Unexpected Atomic Geometry and Specific Electronic Properties / S.V. Erohin, L.A. Chernozatonskii, P.B. Sorokin // The Journal of Physical Chemistry Letters. - 2020. - Vol. 11. - № 15. - P. 5871-5876.

167. Bilayer graphenes with antidots: structures, properties and applications / L.A. Chernozatonskii [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. - 2018. - Vol. 1092. -P. 012018.

168. Kuznetsov V.L. Nanodiamond Graphitization and Properties of Onion-Like Carbon // Synthesis, Properties and Applications of Ultrananocrystalline Diamond. - Springer, Dordrecht, 2005. - P. 199-216.

169. Early stages of surface graphitization on nanodiamond probed by x-ray photoelectron spectroscopy / T. Petit [et al.] // Physical Review B. - 2011. - Vol. 84. - № 23. - P. 233407.

170. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set / G. Kresse, J. Furthmüller // Physical Review B. - 1996. - Vol. 54. - № 16. - P. 1116911186.

171. Ab initio molecular-dynamics simulation of the liquid-metal - amorphous-semiconductor transition in germanium / G. Kresse, J. Hafner // Physical Review B. - 1994. - Vol. 49. -№ 20. - P. 14251-14269.

172. Ab initio molecular dynamics for liquid metals / G. Kresse, J. Hafner // Physical Review B. - 1993. - Vol. 47. - № 1. - P. 558-561.

173. Projector augmented-wave method / P.E. Blöchl // Physical Review B. - 1994. - Vol. 50. -№ 24. - P. 17953-17979.

174. From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method / G. Kresse, D. Joubert // Physical Review B. - 1999. - Vol. 59. - № 3. - P. 1758-1775.

175. Accurate Bulk Properties from Approximate Many-Body Techniques / J. Harl, G. Kresse // Physical Review Letters. - 2009. - Vol. 103. - № 5. - P. 056401.

176. Assessing the quality of the random phase approximation for lattice constants and atomization energies of solids / J. Harl, L. Schimka, G. Kresse // Physical Review B. - 2010.

- Vol. 81. - № 11. - P. 115126.

177. The structure and magnetism of graphone / L. Feng, W.X. Zhang // AIP Advances. - 2012. -Vol. 2. - № 4. - P. 042138.

178. Lonsdaleite Films with Nanometer Thickness / A.G. Kvashnin, P.B. Sorokin // The Journal of Physical Chemistry Letters. - 2014. - Vol. 5. - № 3. - P. 541-548.

179. Nucleation mechanism for the direct graphite-to-diamond phase transition / R.Z. Khaliullin [et al.] // Nature Materials. - 2011. - Vol. 10. - № 9. - P. 693-697.

180. The Dissociation Energy of Fluorine / E. Wicke // The Journal of Physical Chemistry. -1952. - Vol. 56. - № 3. - P. 358-360.

181. Room-Temperature Compression-Induced Diamondization of Few-Layer Graphene / Barboza Ana P. M. [et al.] // Advanced Materials. - 2011. - Vol. 23. - № 27. - P. 30143017.

182. Low temperature, pressureless sp2 to sp3 transformation of ultrathin, crystalline carbon films / F. Piazza [et al.] // Carbon. - 2019. - Vol. 145. - P. 10-22.

183. Single layers and multilayers of GaN and AlN in square-octagon structure: Stability, electronic properties, and functionalization / E. Gürbüz [et al.] // Physical Review B. - 2017.

- Vol. 96. - № 20. - P. 205427.

184. Archimedean (4,8)-tessellation of haeckelite ultrathin nanosheets composed of boron and aluminum-group V binary materials / P.A. Brown, K.L. Shuford // Nanoscale. - 2016. -Vol. 8. - № 46. - P. 19287-19301.

185. Two single-layer porous gallium nitride nanosheets: A first-principles study / H. Zhang, FS. Meng, Y.-B. Wu // Solid State Communications. - 2017. - Vol. 250. - P. 18-22.

186. Instability and Spontaneous Reconstruction of Few-Monolayer Thick GaN Graphitic Structures / A.V. Kolobov [et al.] // Nano Letters. - 2016. - Vol. 16. - № 8. - P. 4849-4856.

187. Ab initio study of AlN: Anisotropic thermal expansion, phase diagram, and high-temperature rocksalt to wurtzite phase transition / S. Schmerler, J. Kortus // Physical Review B. - 2014. - Vol. 89. - № 6. - P. 064109.

188. Special points for Brillouin-zone integrations / H.J. Monkhorst, J.D. Pack // Physical Review B. - 1976. - Vol. 13. - № 12. - P. 5188-5192.

189. Van der Waals Density Functional for General Geometries / M. Dion [et al.] // Physical Review Letters. - 2004. - Vol. 92. - № 24. - P. 246401.

190. Hexagonal AlN: Dimensional-crossover-driven band-gap transition / C. Bacaksiz [et al.] // Physical Review B. - 2015. - Vol. 91. - № 8. - P. 085430.

191. Stacking and electric field effects in atomically thin layers of GaN / D. Xu [et al.] // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2013. - Vol. 25. - № 34. - P. 345302.

192. Local vibrational modes in Mg-doped gallium nitride / M.S. Brandt [et al.] // Physical Review B. - 1994. - Vol. 49. - № 20. - P. 14758-14761.

193. Formation and properties of rocksalt-type AlN and implications for high pressure phase relations in the system Si-Al-O-N / M.R. Schwarz [et al.] // High Pressure Research. -2014. - Vol. 34. - № 1. - P. 22-38.

194. Exotic Two-Dimensional Structure: The First Case of Hexagonal NaCl / N.A. Tikhomirova [et al.] // The Journal of Physical Chemistry Letters. - 2020. - Vol. 11. - № 10. - P. 38213827.

195. The Features of Phase Stability of GaN and AlN Films at Nanolevel / I.V. Chepkasov, S.V. Erohin, P.B. Sorokin // Nanomaterials. - 2021. - Vol. 11. - № 1. - P. 8.