350 руб
Журнал «Нанотехнологии: разработка, применение - XXI век» №1 за 2009 г.
Статья в номере:
Фуллерены - третья форма углерода. Межмолекулярные силы и термодинамические свойства семейства фуллеритов
Ключевые слова: фуллерены фуллериты потенциал Жирифалко корреляционный метод несимметризованного самосогласованного поля термодинамические свойства кривые сублимации
Авторы:
В.И. Зубов - Кафедра теоретической физики, Российский Университет дружбы народов, Москва, Россия. E-mail: v.i.zubov@tochka. ru
Аннотация:
Приведен краткий обзор предыстории и открытия фуллеренов (а затем и углеродных нанотрубок), которые представляют собой третью, молекулярную, форму углерода и разных, преимущественно физических, свойств фуллеритов, т.е. кристаллов, составленных из молекул фуллеренов. Основное внимание уделяется межмолекулярным силам, особенно в ориентационно разупорядоченных фазах. Представлен потенциал Жирифалко для восьми фуллеритов от C28 до C96 и сделаны его обобщения для взаимодействий между молекулами различных фуллеренов, Cm и Cn. Обсуждены термодинамические свойства высокотемпературных модификаций семейства фуллеритов, от С36 до C96, вычисленные в равновесии с их насыщенным паром на основе корреляционного метода несимметризованного самосогласованного поля, который дает возможность учета сильного ангармонизма колебаний кристаллической решетки. Расчеты выполнены вплоть до температур потери устойчивости (точек спинодали) Ts. Проведено сравнение полученных результатов с имеющимися экспериментальными данными. Поведение некоторых характеристик рассмотрены в зависимости от числа атомов в молекуле. Используя критерий плавления Линдеманна, оценена возможная кривая плавления фуллерита C60
Страницы: 9-23
Список источников
  1. H.W.Kroto, J.R.Heath, S.C.O-Brien, R.F.Curl, and R.E.Smalley, Nature, 318, 162 (1985).
  2. T.P.Stecher and B.Donn, Astrophys. J., 142, 1681, (1965).
  3. D.E.H. Jones, New. Scient., 32, 354 (1966).
  4. E.Osawa, Kagaku 25, 854 1970) (in Japanese).
  5. Z.Yoshida and E.Osawa, Aromaticity, Kagakudojin, Kyoto, 1971 (in Japanese), pp. 174 - 178.
  6. Д.А Бочвар и E.Г. Гальперн,  ДАН СССР 209, 610 (1973).
  7. I.V.Stankevich, M.В.Никеров и Д.А.Бочвар, Усп.. химии, 53, 640 (1984).
  8. R.A.Davidson, Ther. Chim. Acta 58, 193 (1981).
  9. Y.Iwasa, K.Tanoue, T.Mitani, and T.Yagi, Phys. Rev. B 58, 16374 (1998).
  10. T.L.Makarova, Superconductors 35, 243 (2001).
  11. W.Krätschmer, L.D.Lamb, K.Fostinoupolos and R. D. Huffman, Nature 347, 354 (1990).
  12. W.Krätschmer, Z. Phys. D19, 405 (1991).
  13. W.Krätschmer and R.D.Huffman, In The Fullerenes (Edited by H.W.Kroto, J.E.Ficsher and D.E.Cox), p. 5. Pergamon Press, Oxford - New York - Seoul - Tokyo (1993).
  14. F.I.W.David et al., Nature 353, 147 (1991).
  15. J.M.Howkins et al., Science 252, 213 (1991).
  16. K.Hedberg et al., Science 254, 410 (1991).
  17. R.Ettl et al., Nature 353, 149 (1991).
  18. S.Iijima, Nature 354, 56 (1991).
  19. T.W.Ebbesen and P.M.Ajayan, Nature 358, 220 (1992).
  20. R.S.Ruoff et al., Science 259, 346 (1993).
  21. Y.Yoshida, Appl. Phys. Lett. 64, 3048 (1884).
  22. А.В.Елецкий и Б.М.Смирнов, УФН 165 977 (1995).
  23. L. A. Girifalco, M. Hodak and R.S.Lee, Phys. Rev. B62, 13104 (2000).
  24. V.A.Davydov et al., Fullerenes, Nanotubes and Carbon  Nanostruc tures 12, 513 (2004).
  25. S.Tomita, M.Fujii, S.Hayashi, et al., Chem. Phys, Lett. 305, 225 (1999).
  26. J. de Bruijn, A. Dworkin, et al., Europhys. Lett. 24, 551 (1993).
  27. H.A.Ludwig, W.H.Fietz, F.W.Hornung, et al., Z. Phys. B96, 179 (1994).
  28. G. B. M. Vaughan, P. A. Heiney, J.E.Fischer, et al., Science 254, 1350 (1991).
  29. M.A. Verheijen, H. Meekes, P. Bennema, et al., Chem. Phys. 166, 287 (1992).
  30. A. Soldatov and O. Anderson,  Appl.  Phys. - Mater 64 , 227 (1997).
  31. V. Blank, M. Popov, S. Buga, et al., Phys. Lett. A188, 281 (1994).
  32. О. Башкин, В.И.Ращупкин, Н.П.Кобелев, и др., ЖЭТФ - письма  59, 258 (1994).
  33. В.В.Бражкин и А.Г.Ляпин,  УФН 166, 893 (1996).
  34. V. D. Blank, S. G.Buga, N. R. Serebrynaya, et al., Phys. Lett. A220, 149 (1996).
  35. P. M. Allemand, K. C. Klemani, A. Koch et al., Science 253, 301 (1991).
  36. H.Ajie, et al., J. Phys. Chem. 94, 8630 (1990).
  37. S.Saito and A.Oshiyama, Phys. Rev. Lett. 66, 2637  (1991).
  38. K. Prassides, in: Electronoc Properties of Fullerenes (Eds. H.Kuzmany, J.Fink, M.Mehring and S.Roth), Berlin, Springer Verlag,1993.
  39. M.Schlüter, M.Lannoo, M.Needels, et al., See Ref. 13, p. 303.
  40. K.Tanigaki et al., Nature, 356, 419 (1992).
  41. В.Н.Безмельницын и А.В.Елецкий, Журн. Сверх¬проводимости  6, 437 (1993).
  42. Y.Wang, Nature, 356, 585 (1992).
  43. F.Mochizuki, et al., J. Phys.: Condens. Matter 10, 2347 (1998).
  44. T.Ohno, K.Matsuishi and S.Onari, Solid State Commun. 101, 785 (1997).
  45. M.S.Dresselhaus, G. Dresselhaus and P. C. Eklund, Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes (Academic, San Diego, 1995).
  46. V.Buntar, F.M.Sauerzopf and H.W.Weber, Austr. J. Phys. 50, 329 (1997).
  47. Fullerenes and Related Structures, Ed. by A.Hirsh (Springer Verlag, Berlin, 1999).
  48. Optical and Electrical Properties of Fullerenes and Fullerene-Band Materials, Ed. by J.Shinar (Marcel Decker, New York, 1999).
  49. V.I.Zubov. Internet Electronic Journal Nanociencia et Moletrónica 4, 249 (2004).
  50. Lu, J., Li, X. and Martin, R.M. Phys. Rev. Lett., 68, 1551 (1992).
  51. Sprik,  M.,  Cheng, A. and  Klein, M. L. J. Phys. Chem., 96, 2027 (1992).
  52. L.A.Girifalco, J. Phys. Chem. 96, 858 (1992).
  53. M. A. Verheijen, H. Meekes, P. Bennema,  et  al., Chem. Phys. 166, 287 (1992).
  54. K. Kniaz, L. A. Girifalco and J.E.Fischer,  J. Phys. Chem. 99, 16804 (1995).
  55. M. C. Abramo and C. Caccamo, J.  Phys.  Chem. Solids 57, 1751 (1996).
  56. V.I.Zubov, Molec. Mater. 13, 385 (2000).
  57. Y. Saito, T. Yoshikawa, N. Fujimoto, and  H. Shi nihara, Phys. Rev., B48, 9182 (1993).
  58. С.П.Молчанов, А.М.Попов, А.В.Сухоруков,  Поверхность, № 8-9, 42 (1994).
  59. V.I.Zubov, Fullerenes, Nanotubes and Carbon  Nanostructures 12, 499 (2004).
  60. Zh. Dong, P. Zou, J. M. Holen, P. C.Eklund, et al., Phys. Rev. B48, 2863 (1993).
  61. X.-W.Wang, C.-Z.Wang and K.M.Ho, Phys. Rev.  B48, 1884 (1993).
  62. M. C. Martin, X. Du, J. Kwon and L. Mihali, Phys. Rev. B50, 171 (1994).
  63. G. Onida, W. Andreoni, J. Kohanoff and M. Parinello, Chem. Phys. Lett. 219, 1 (1994).
  64. V. I. Zubov, N. P.Tretiakov, J.F.Sanchez and A.A.Caparica, Phys. Rev. B53, 18, 12080 (1996).
  65. V. I. Zubov and  Ya. P. Terletsky, Ann. Phys. (Germany) 24, 97 (1970).
  66. V. I. Zubov, Phys. stat. Solidi(b) 87, 385; 88, 43 (1978).
  67. V.I.Yukalov and V.I.Zubov, Fortschr. Phys. 31, 627 (1983).
  68. V. I. Zubov,  J. F.Sanchez, N.P.Tretiakov and A. E. Yusef, Int. J. Mod. Phys. B9, 803 (1995).
  69. V. I. Zubov, N. P.Tretiakov, et al., Phys. Lett. A194, 223   (1994).
  70. V.I.Zubov, J.F.Sanchez-Ortiz, et al.,  Phys. Rev. B55, 6747 (1997).
  71. V. I. Zubov, J. F. Sanchez, N. P. Tretiakov, et al., Carbon 35, 729 (1997).
  72. V. I. Zubov, N. P. Tretiakov, I. V. Zubov, et al., J. Phys. Chem. Solids 58, 2039 (1997).
  73. V. I. Zubov, N. P. Tretiakov, I. V. Zubov, et al.,   J. Phys. Chem. Solids 60, 547 (1999).
  74. V.I.Zubov, N.P.Tretiakov and J.N.Teixeira Rabelo, Molec. Mater. 13, 349 (2000).
  75. V. I. Zubov,  I.V.Zubov and J.N.Teixeira Rabelo, J. Phys. Chem. B107, 10458 (2003).
  76. C. K. Mathews, S. Radjagopalan,  K.V.G.Kutty, et al., Solid Stat. Communs. 85, 377 (1993).
  77. J. E. Fischer and P.A.Heiney, J. Phys. Chem Solids 54, 1725 (1993).
  78. H. Kawada, Y. Fujii, H. Nakao,  et  al.,  Phys. Rev. B51, 8723 (1995).
  79. J. Abrefah, D. R. Olander, M. Balooch and W. J. Siekhaus, Appl. Phys. Lett. 60, 1313 (1992).
  80. C.K.Mathews,  M.Sai Baba, T.S.L. Narasimhan, et al.,  J. Chem. Phys. 96, 3566  (1992).
  81. V. Piacente, G. Gigli, P.Scardala, et al. , J. Chem. Phys. 99, 14052 (1995).
  82. М.В.Коробов, Е.В.Скокан, Д.Ю.Борисова, Л.М.Хомич,  Ж. Физ. Химии, 70, 999 (1996)
  83. В.Ю.Марков, О.В.Болталина, Л.Н.Сидоров, ZЖ. Физ. Химии, 75, 5 (2001).
  84. B. Brunetti, G. Gigli, E. Giglio, et al., J. Phys. Chem. B101, 10715 (1997).
  85. О. V.Boltalina, V.Iu.Markov, A.Ya.Borchevskii, et al., Rapid Commun. Mass. Spectrom. 12,1028 (1998).
  86. О.V.Boltalina, V.Iu.Markov, A.Ya.Borchevskii, et al., Mendeleev Commun., 1998, 4, p. 143.
  87. V.Piacente, C.Patchette, G.Gigli and P.Scardala, J. Phys. Chem. A101, 4303 (1997).
  88. Boltalina, V.Iu.Markov, A.Ya.Borchevskii, et al., Recent Advances in the Chemistry and Physics of Fullerenes and Related Materials 6, 614 (1998).
  89. F.M.S.S.Fernandes, F. M. M. Freitas and R. P.S. Fartaria, J. Phys. Chem. B107, 276 (2003).
  90. G. Leibfried, Gittertheorie der mechanischen und thermischen Eigenschaften der Kristalle, Springer-Verlag, Berlin, 1955, in German.
  91. В.К.Семенченко, в кн.: Перегретые жидкости и фазовые переходы, АН СССР, Свердловск, 1979,  с. 3.
  92. G.E.Norman and V.V.Stegailov, Dokl. Phys. 47,  667 (2002).
  93. M.N.Krivoguz, G.E.Norman, V.V.Stegailov, et al.J Phys. A - Math. Gen. 36, 6041 (2003).
  94. Y.  Jin, J. Cheng, M. Varma-Nair,  et  al., J. Phys. Chem. 96, 5151 (1992).
  95. T.Matsuo, H.Suga, W.I.F.David, et al., Solid Stat. Commun. 83, 711 (1993).
  96. J.E.Fischer,  A.R.McGhie, J.K.Estrada, et al.,   Phys. Rev. B53, 11418 (1996)
  97. Б.В.Лебедев, К.Б.Жогова, Т.А.Быкова, и др., Изв. Росс. Акад. Наук, Сер. Химия, 45  2113 (1966).
  98. M.H.J.Hagen, E.J.Meijer, G.C.A.M.Mooij, et al.,  Nature 365, 425 (1993).
  99. N. W. Ashcroft,  Europhys. Lett. 16,  355 (1991); Nature 365, 387 (1993).
  100. A.Cheng, M.L.Klein and C.Caccamo, Phys. Rev.Lett. 71, 1200 (1993).
  101. C.Caccamo, Phys. Rev. B51, 3387 (1995).
  102. M. Nasegava and K. Ohno, Phys.  Rev. E54, (1996).
  103. M. A. Abramo and G. Coppolino,  Phys. Rev.   B58, 2372 (1998).
  104. M. R. Statzer, P. A. Heiney, J. E. Fischer and A. R. Mc Ghie, Phys. Rev. B55, 127 (1997).
  105. S.G.Kim and D.Tománek, Phys. Rev. Lett. 72, 2418 (1994).
  106. M.Nasegava and K.Ohno, J. Chem. Phys. 113, 4315 (2000).
  107. A.L.C.Ferreira, J.M.Pacheco  and  J.P.Prates-Ramalho, J. Chem. Phys. 113, 738 (2000).
  108. M. A. Abramo, C. Caccamo, D. Costa and G. Pelicane, Europhys. Lett. 54, 468 (2001).
  109. M. Ross, Phys. Rev. 184, 233 (1969).
  110. С.М.Стишов, УФН 114,  3 (1974).
  111. В.И.Зубов, Ж. Физ. Химии, 55,  2171 (1981).
  112. V.I.Zubov,  M.F.Pascual, et al, Phys. stat. sol.(b) 182, 315 (1994).
  113. V.I.Zubov and C. G.Rodrigues, Phys. stat.  sol.(b) 222, 471 (2000).
  114. V. I. Zubov, C. G. Rodrigues  and I.V.Zubov,  Phys. stat. sol.(b) 238, 110 (2003).
  115. V.B.Magalinskii and V.I.Zubov, Phys. stat. sol. (b) 105, K139 (1981).
  116. А.Н.Утюж и В.В.Кечин,  ЖЭТФ  85, 795 (1983).
  117. В.И.Зубов и В.Б.Магалинский, V.I. TВТ  21, 394 (1983).
  118. Electronic Properties of Novel Materials Science and Technology of Molecular Nanostructures,     Ed. by H.Kuzmany, J.Fink, M.Mehring and S.Roth. AIP Conference Procedings, v. 486 (1999).
  119. P.C.Eklund and A.M.Rao, in: Fullerene Polymers and Fullerene Polymer Composites. Springer Series in Material Science, v. 38 (2000).
  120. K.Kniaz?, J.E.Fischer,. L.A.Girifalco, et al.,  Solid State Commun. 96, 739 (1995).
  121. D. Havlik,  W.Schranz,  M.Haluska,  et  al., Solid State Commun. 104, 775 (1997).
  122. A.W.Jensen, S.R.Wilson and D.I.Shuster, Bioorg.and Med. Chem. 115, 7918 (1996).
  123. Г.А.Домрачев, А.И.Лазарев, и др. ФТТ 46, 1901(2004).