, ,
Саратовский национальный исследовательский государственный университет им.
E-mail: ip. *****@***com
В настоящее время в материаловедении интенсивно развивается направление, ориентированное на разработку 2D полупроводниковых материалов, перспективных в качестве элементной базы многофункциональных электронных устройств. Импульс к развитию исследований в этом направлении дало открытие графена и его уникальных физических свойств. Созданные на основе графена 2D материалы получили неоспоримые преимущества перед возможными аналогами благадаря особенностям своего строения, а именно атомарной толщине и гексагональной решетке. Присущие 2D материалам на графеновой основе квантовые ограничения позволяют использовать их при создании энергоэффективных, малогабаритных наноэлектронных устройств, предназначенных для сенсорики и преобразования энергии [1-2]. Не менее привлекательными 2D графеновые материалы выглядят и с оптической точки зрения. В частности, на графене уже предложен целый ряд устройств фотоники и оптоэлектроники, работающих в очень широком диапазоне длин волн - от УФ, видимой и ближней ИК областей спектра до средней и дальней ИК областей, а также терагерцового и СВЧ - диапазонов. Среди этих устройств можно назвать прозрачные электроды в дисплеях, солнечные батареи, оптические модуляторы и фотодетекторы [3-4]. Одной из последних разновидностей 2D графеновых материалов является гибридный нанокомпозит на основе двумерного графена (2D) и одномерных (1D) углеродных нанотрубок (УНТ). Наряду с уже хорошо известным «колонным графеном» [5], нашедшим свое применение в качестве перспективного материала для создания топливных элементов нового поколения и суперкондесаторов, в широкой печати все чаще стали появляться упоминания о другом типе композитов – углеродные нанотрубки (УНТ)/графен [6]. Отличительной чертой упомянутых структур является горизонтальная упаковка углеродных нанотрубок между графеновыми листами с образованием ковалентных связей трубки с графеном. Целью данной работы является исследование insilico закономерностей влияния топологии 2D-композитного материала УНТ-графен на их оптические свойства. Все исследования insilico проводятся в программном пакете MIZAR [7] с применением метода SCC DFTB2 [8].
В качестве 2D-композита нами рассматривается слой параллельных друг другу однослойных УНТ (ОУНТ), расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, заключенных межу двумя монослоями графена и соединенных с ними ковалентными связями. Исследования оптических свойств проводились для топологических моделей композитов с трубками вида (12,0), (14,0), (16,0) и (18,0), расстояние между которыми составляет 9-13 гексагонов. Ранее было показано [9], что термодинамически стабильными являются именно эти модели, поскольку процесс их формирования является экзотермичным. Предметом научного интереса в работе являлось изучение взаимодействия электромагнитного излучения с электронами в 2D-композите УНТ/графен посредством получения расчетных данных об основных оптических характеристиках композитного материала – коэффициентах отражения, поглощения и пропускания. Располагая информацией об оптическом отклике исследуемой системы на внешнее электромагнитное воздействие, можно будет определить сферу применения исследуемых композитов в оптоэлектронике. В результате серии численных экспериментов были установлены закономерности влияния топологии на оптические свойства гибридного 2D-композита УНТ/графен.
Работа выполнена при финансовой поддержке Стипендии Президента РФ молодым ученым и аспирантам (проект №СП-3135.2016.1).
Библиографический список
Kannan P. K., Late D. J., Morgan H., Rout C. S. Recent developments in 2D layered inorganic nanomaterials for sensing // Nanoscale. 2015. V. 7. P. 13293-13312. Huo N., Kang J., Wei Z., Li S. S., Li J., Wei S. H. Novel and Enhanced Optoelectronic Performances of Multilayer MoS2–WS2 Heterostructure Transistors // Advanced Functional Materials. 2014. V. 24(44). P. n Z., Martinez A., Wang F. Optical modulators with 2D layered materials // Nature Photonics. 2016. V. 10. P. 227-238. Xia F., Wang H., Xiao D., Dubey M., Ramasubramaniam A. Two-dimensional material nanophotonics // Nature Photonics. 2014. V. 8. P. 899-907. Wang W., Ozkan M., Ozkan C. S. Ultrafast high energy supercapacitors based on pillared graphene nanostructures // J. Mater. Chem. A. 2016. V. 4. P. 3356-3361. Maarouf A. A., Kasry A., Chandra B., Martyn G. J. A graphene–carbon nanotube hybrid material for photovoltaic applications // Carbon. 2016. V. 102. P. 74-80. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 000. Многопроцессорный программно-информационный комплекс моделирования кристаллических структур для супер-ЭВМ «Mizar» / , Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 11.03.2016. Elstner M., Seifert G. Density functional tight binding // Phil. Trans. R. Soc. A. 2014. V. 372. P. 20120483-1-20120483-12. Mitrofanov V. V., Slepchenkov M. M., Zhang G., Glukhova O. E. Hybrid carbon nanotube-graphene monolayer films: Regularities of structure, electronic and optical properties // Carbon. 2017. V. 115. P. 803-810.
Сведения об авторах
– аспирант, г.
– к. ф.-м. н., доцент, г.
– д. ф.-м. н., профессор, заведующий кафедрой, г.
Вид доклада: стендовый
