Теоретическое исследование влияния дефектов на электронную структуру монослоя h-BN

Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли

При этом установлены основные параметры твердофазного синтеза:

1. Синтезирована фаза с-СоСг.

2. Состав пленки ~ 50 ат. % Сг.

3. Температура инициирования фазы с-СоСг составляет ~400 оС.

В работе проведены измерения магнитных параметров намагниченности насыщения и константы кристаллографической анизотропии (Ю в зависимо-

сти от температуры отжига, по результатам которых построены их зависимости.

Библиографические ссылки

1. Мягков В. Г., Баюков О. А. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2004. Т. 80. Вып. 7. С. 555-559.

2. Жигалов В. С., Мягков В. Г. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2009. Т. 88. Вып. 6. С. 445-449.

A. N. Rybakova, V. S. Zhigalov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

SOLID PHASE SYNTHESIS OF Co-Cr FILMS SYSTEM

The use of solid-state reactions for the synthesis of Co-Cr films has been reviewed. We have studied the conditions of film preparation in a concentration range from 10 to 25 at. %.

© Рыбакова А. Н., Жигалов В. С., 2010

УДК 548.4

М. В. Сержантова, А. А. Кузубов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДЕФЕКТОВ НА ЭЛЕКТРОННУЮ СТРУКТУРУ МОНОСЛОЯ И-БК

Исследовано влияние вакансий бора, азота и бивакансий на электронную структуру И-БЫ. При наличии вакансий в ней появляются внедренные состояния в запрещенной зоне. Положение внедренного состояния изменяется в зависимости от деформации. Расчеты показывают, что в зависимости от вида дефекта и величины приложенной деформации внедренное состояние может оказаться как локализованным, так и не-локализованным на атомах, окружающих дефект. В случае когда состояние локализовано, в системе наблюдается неоднородность распределения спиновой плотности, что приводит к появлению в системе магнитного момента.

В настоящее время проявляется интерес к исследованиям гексагонального нитрида бора (И-БМ), материалы на его основе занимают важное место в ряду инструментальных материалов и являются основой многих современных технологий. Основное применение И-БМ - синтез сверхтвердых материалов: кубического и вюрцитоподобного нитрида бора, получение высокоогнеупорных материалов, армирующих волокон. Химическая инертность и антиадгезионные свойства по отношению к металлам и сплавам - основные преимущества И-БМ В спрессованном состоянии И-БМ обладает полупроводниковыми свойствами, а присутствие примесей в соединении может вызывать люминесценцию [1]. Подобно углероду, структура И-БМ может образовывать монослои, которые являются аналогами графена. Подобные структуры были получены экспериментально [2; 3], при этом в ряде работ производился расчет их электронной структуры [4; 5]. Известно, что ширина запрещенной зоны И-БМ варьируется в пределах от 3 до 7,5 эВ [1; 6; 7], однако экспериментального объяснения данному факту не найдено. Можно предположить, что разброс ширины

щели запрещенной зоны объясняется наличием дефектов в кристалле.

В работе изучалось влияние вакансий на электронную структуру монослоя h-BN и изменения электронной структуры при деформации вдоль одного из направлений.

Расчеты проводились в рамках формализма функционала плотности (DFT) [8] с градиентными поправками (PBE) с использованием пакета VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package) [9-11]. В ходе вычислений применялся ультрамягкий псевдопотенциал Ван-дербильта (Vanderbilt ultrasoft pseudopotential) [12]. Размер 2D суперячейки монослоя h-BN равен 12,3 х 11,2 х 15,0 Ä. Анализ распределения электронной и спиновой плотности проводился с помощью программы Bader [13-15], которая обрабатывает данные, полученные с помощью пакета VASP.

На начальном этапе была рассчитана электронная структура монослоя h-BN. Результаты расчета показали, что плоскость h-BN является диэлектриком с непрямой запрещенной зоной, ширина которой составляет 4,94 эВ, что соответствует данным работы [2].

Решетневские чтения

Исследование зависимости плотностей состояния структур монослоя И-БМ от наличия бора, азота и би-вакансии по бору и азоту, при одноосной деформации выявило, что внедренный уровень при сжатии перемещается к вакантному нижнему уровню или к заполненному верхнему уровню. В случае дефекта бора внедренный уровень при сжатии приближается к заполненному верхнему уровню, а при расширении - к вакантному нижнему уровню. В случае дефекта азота внедренный уровень при сжатии приближается к вакантному нижнему уровню, а при расширении - к заполненному верхнему уровню. При наличии бивакан-сии наблюдается два внедренных состояния, при сжатии оба состояния стремятся к заполненному верхнему уровню. Таким образом, разброс ширины щели запрещенной зоны объясняется наличием дефектов, которые в определенном количестве присутствуют в кристалле, и условиями, в которых находится система, а именно деформацией слоя.

Анализ распределения спиновой плотности показал, что в случае бездефектной структуры, а также в случае, когда внедренные состояния оказываются де-локализованными, спиновая плотность равномерно распределена по всем атомам, входящим в суперячей-ку. Когда внедренное состояние локализовано в области дефекта, спиновая плотность распределена неоднородно и имеет максимум неоднородности распределения на атомах, окружающих дефект. Это в свою очередь приводит к появлению в данном случае

в системе магнитного момента. Таким образом, магнитный момент в недеформированной структуре появляется при наличии дефекта по азоту, при этом дополнительно он может появляться при сжатии на 2 и 4 % и растяжении на 2 % пластины h-BN с дефектом бора и растяжении на 4 % монослоя с бидефек-том.

Библиографические ссылки

1. Ooi N. et al. // Mater. Sci. Eng. 2006. 14. 515.

2. Novoselov K. S. et al. // PNAS. 2005. 102. 10451.

3. Song Li, Lijie Ci, Hao Lu, Sorokin P. B. et al. // Nano Lett. 2010. 10. 3209.

4. Xingfa G. et al. // J. Phys. Chem. 2008. C 112. 12677.

5. Du Sean A. J. et al. // Chem. Phys. Let. 2007. 447. 181.

6. Watanabe K. et al. // Nature Mater. 2004. 3. 404.

7. Solozhenko V. L. et al. // J. Phys. Chem. 2001. Solids. 62. 1331.

8. Kohn W. et al. // Phys. Rev. 1965. 140. 1133.

9. Kresse G. et al. // Phys. Rev. 1993. 47. 558.

10. Kresse G. et al. // Phys. Rev. 1993. 48. 13115.

11. Kresse G. et al. // Phys. Rev. 1994. 49. 14251.

12. Vanderbilt D. // Phys. Rev. 1990. 41. 7892.

13. Tang W. et al. // J. Phys.: Condens. Matter 2009. 21. 084204.

14. Sanville E. et al. // J. Comp. Chem. 2007. 28. 899.

15. Henkelman G. et al. // Comput. Mater. Sci. 2006. 36. 254.

M. V. Serzhantova, A. A. Kuzubov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

THEORETICAL INVESTIGATION OF DEFECTS INFLUENCE ON ELECTRONIC STRUCTURE OF h-BN MONOLAYER

Influences of boron and nitrogen vacant positions and deviances on the electronic structure of h-BN were investigated in our work. If there are some vacant positions in the structure the interstitial states appear in a band gap. The position of interstitial state changes in dependence of strain. Computations show that interstitial state might be localized or nonlocalized on atoms surrounding the defect in dependence of the kind of defect and the strength of applied strain. When state is localized the inhomogeneity of spin density distribution is observed.

© CepxaHTOBa M. B., Ky3y6oB A. A., 2010

УДК 537.312.6

В. В. Соколович

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В МОНОСУЛЬФИДАХ 3d-МЕТАЛЛОВ

Проведен анализ физических свойств моносульфидов 3d-металлов. При этом основное внимание уделено изменениям в свойствах, возникающих при изменении числа 3d-электронов. В результате анализа выявлен ряд закономерностей, характерных для моносульфидов и определяемых степенью заполнения 3d-состояний.

В соединениях переходных металлов наблюдается свойств. Для большинства окислов переходных ме-

широкий спектр физических свойств. Особенности таллов наблюдаемые свойства достаточно хорошо

этих соединений в основном определяются специфи- описываются на основе зонной теории с учетом

кой d-электронов, сочетанием зонных и атомных межэлектронного и электрон-фононного взаимодей-