О.Е. Глухова – д.ф.-м.н, профессор, зав. кафедрой радиотехники и электродинамики, 

Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского E-mail: glukhovaoe@info.sgu.ru

К.Р. Асанов – аспирант,  кафедра радиотехники и электродинамики,

Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского E-mail: asanov.k.93@mail.ru

Постановка проблемы. Богатое разнообразие структурных модификаций углеродных наноматериалов предопределяет уникальное сочетание их свойств и широкий диапазон возможных сфер применения. Одними из перспективных для электроники углеродных материалов являются различные пленки в виде регулярных X-образных бесшовных соединений углеродных нанотрубок (УНТ). Уже показано, что такие пленки характеризуются высокими прочностными и упругими свойствами, а наличие у индивидуальных УНТ ярко выраженных фотоэлектрических и оптических свойств свидетельствует о потенциальных перспективах пленок из X-образных соединений УНТ в оптоэлектронике. Однако на данный момент детальные исследования оптических свойств, в том числе динамической проводимости, для пленок из X-образных соединений УНТ не проводились.     Цель. Построить суперячейки тонких пленок из Х-образных соединений на основе металлических УНТ различных киральностей с последующим изучением их динамической проводимости в следующем диапазоне длин волн: «ультрафиолетовый (УФ) – видимый – инфракрасный (ИК)».

Результаты. Созданы новые атомистические модели Х-образных соединений из УНТ. Для каждой модели найдено количество дефектов в области соединения УНТ, а также вычислены минимальные и максимальные длины ковалентных связей между атомами углерода. Рассчитаны элементы тензора комплексной динамической проводимости для пленок из Х-соединений УНТ в направлениях вдоль трубок и перпендикулярно им. Проведено сравнение результатов расчета динамической проводимости пленок из Х-образных соединений из УНТ и пленок из параллельно расположенных УНТ.

Практическая значимость. На основании полученных результатов можно говорить о перспективах потенциального использования тонких пленок из Х-образных соединений УНТ в качестве чувствительного слоя детектора электромагнитных волн в ИК- и видимом диапазонах.

1. Yang S.B., Kong B.S., Jung D.H. et al. Recent advances in hybrids of carbon nanotube network films and nanomaterials for their potential applications as transparent conducting films // Nanoscale. 2011. V. 3. P. 1361−1373. DOI: 10.1039/c0nr00855a.
2. Meng F.Y., Shi S.Q., Xu D.S., Yang R. Size effect of X-shaped carbon nanotube junctions // Carbon. 2006. V. 44. № 7. P. 1263−1266. DOI: 10.1016/j.carbon.2005.10.049.
3. Liu W.C., Meng F.Y., Shi S.Q. A theoretical investigation of the mechanical stability of single-walled carbon nanotube 3D junctions // Carbon. 2010. V. 48. № 5. P. 1626−1635. DOI: 10.1016/j.carbon.2010.01.003.
4. Liu X., Yang Q.S., He X.Q., Mai Y.W. Molecular mechanics modeling of deformation and failure of super carbon nanotube networks // Nanotechnology. 2011. V. 22. P. 475701. DOI: 10.1088/0957-4484/22/47/475701.
5. Liu W.C., Kuang Y.D., Meng F.Y., Shi S.Q. Size effect on mechanical properties of carbon nanotube X-junctions // Computational Materials Science. 2011. V. 50. № 10. P. 3067−3070. DOI: 10.1016/j.commatsci.2011.04.036.
6. Robertsa G.S., Singjai P. Joining carbon nanotubes // Nanoscale. 2011. V. 3. P. 4503−4514. DOI: 10.1039/C1NR10720H.
7. Zhang C., Akbarzadeh A., Kang W. et al. Nano-architected metamaterials: Carbon nanotube-based nanotrusses // Carbon. 2018. V. 131. P. 38−46. DOI: 10.1016/j.carbon.2018.01.082.
8. Sun L., He X., Lu J. et al. Super square carbon nanotube network: a new promising water desalination membrane // Computational Materials. 2016. V. 2. P. 16004. DOI: 10.1038/npjcompumats.2016.4.
9. Li Y., Qiu X.M., Yang F. et al. Stretching-dominated deformation mechanism in a super square carbon nanotube network // Carbon. 2009. V. 47. P. 812−819. DOI: 10.1016/j.carbon.2008.11.035.
10. Aramo C., Ambrosio A., Ambrosio M. et al. Progress in the realization of a silicon-CNT photodetector // Nuclear instruments and Methods in Physics Reserch A. 2012. V. 695. P. 150−153. DOI: 10.1016/j.nima.2011.12.098.
11. Brenner D.W. Empirical Potential for Hydrocarbons for Use in Simulating the Chemical Vapor Deposition of Diamond Films // Phys. Rev. B. 1990. V. 42. P. 9458−9471. DOI: 10.1103/physrevb.42.9458.
12. Glukhova O.E. Molecular Dynamics as the Tool for Investigation of Carbon Nanostructures Properties // Thermal Transport in Carbon-Based Nanomaterials. G. Zhang (Ed.). Elsevier. 2017. P. 267−289.
13. Elstner M. The SCC-DFTB method and its application to biological systems // Theor Chem Acc. 2006. V. 116. № 1−3. P. 316−325. DOI: 10.1007/s00214-005-0066-0.
14. Aradi B., Hourahine B., Frauenheim Th. DFTB+, a Sparse Matrix-Based Implementation of the DFTB Method // J. Phys. Chem. A. 2007. V. 111. № 26. P. 5678−5684. DOI: 10.1021/jp070186p.
15. Marder M.P. (Ed.) (2011) Condensed Matter Physics. Wiley. USA.