Графен рассматривается как специфический объект, особенности электронной структуры которого представлены в свете общей концепции эмерджентных явлений, возникающих в результате квантового фазового перехода, вызванного нарушением непрерывной симметрии. Первым рассмотрено нарушение спиновой симметрии электронной системы графена, обусловленное корреляцией его лишних p_z-электронов. Корреляция зависит от расстояния между этими электронами и становится заметной, когда кратчайшее расстояние между ними, определяемое длиной C=C-связи, превышает критическое значение R_cr=1,395 Å. Неограниченный метод Хартри—Фока (UHF-формализм) надёжно свидетельствует о факте нарушения симметрии и обеспечивает достаточно высокий уровень количественного самосогласованного описания проблемы. Эмпирически подтверждены и убедительно сертифицированы такие UHF-эмердженты, как: 1) открыто-оболочечный характер электронных спин-орбиталей; 2) расщепление и/или спиновая поляризация электронного спектра; 3) спин-смешанный характер основного состояния и, как следствие, нарушение точной спиновой мультиплетности электронных состояний; 4) наличие локальных спинов при нулевой полной спиновой плотности. Такой подход значительно расширяет представление об основном состоянии графена и других sp²-наноуглеродов и даёт не только чёткое видение спиновых особенностей химии графена, придавая ей эмерджентный характер, но и предсказуемо указывает на появление новых эмерджентов, имеющих отношение к физике графена. В последнем случае нарушение симметрии касается не только спиновой системы, но и обращения времени и вызывает к жизни такие особенные физические свойства графена, как ферромагнетизм, сверхпроводимость и топологическая нетривиальность. В обзоре впервые показано, что не только ферромагнетизм графена, но и его механические свойства являются, по существу, эмерджентными; эта отличительная особенность распространяется на всю физику графена.

Ключевые слова: графен, графан, молекулы с открытыми оболочками, эмерджентные явления, нарушение спиновой симметрии, квантово-химическое приближение UHF, квазирелятивистское приближение Дирака, гексагональная сотовая структура, фермионы Дирака, спин-орбитальное взаимодействие, локальные спины, нарушение симметрии обращения времени, топологическая нетривиальность, высокотемпературный ферромагнетизм, интерфейсная сверхпроводимость, механические свойства, статическая деформация, динамическая деформация, ковалентные связи PACS: 62.25.−g, 68.65.Pq, 73.22.Pr (все) DOI: 10.3367/UFNr.2017.11.038233 URL: https://ufn.ru/ru/articles/2018/7/b/ 000446676600002 2-s2.0-85054790212 2018PhyU...61..645S Цитата: Шека Е Ф, Попова Н А, Попова В А "Физика и химия графена. Эмерджентность, магнетизм, механофизика и механохимия" УФН 188 720–772 (2018) BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks Поступила: 16 мая 2017, доработана: 6 ноября 2017, одобрена в печать: 10 ноября 2017 English citation: Sheka E F, Popova N A, Popova V A “Physics and chemistry of graphene. Emergentness, magnetism, mechanophysics and mechanochemistry” Phys. Usp. 61 645–691 (2018); DOI: 10.3367/UFNe.2017.11.038233