Выпуски

 / 

2018

 / 

Июль

  

Обзоры актуальных проблем


Физика и химия графена. Эмерджентность, магнетизм, механофизика и механохимия

, ,
Российский университет дружбы народов, ул. Миклухо-Маклая 6, Москва, 117198, Российская Федерация

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 pz-электронов. Корреляция зависит от расстояния между этими электронами и становится заметной, когда кратчайшее расстояние между ними, определяемое длиной C=C-связи, превышает критическое значение Rcr=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.

Текст pdf (4 Мб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2017.11.038233
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, 10 ноября 2017

English citation: Sheka E F, Popova N A, Popova V A “Physics and chemistry of graphene. Emergentness, magnetism, mechanophysics and mechanochemistryPhys. Usp. 61 645–691 (2018); DOI: 10.3367/UFNe.2017.11.038233

Список литературы (240) Статьи, ссылающиеся на эту (19) Похожие статьи (20) ↓

  1. П.Б. Сорокин, Л.А. Чернозатонский «Полупроводниковые наноструктуры на основе графена» УФН 183 113–132 (2013)
  2. И.В. Антонова «Стрейнтроника двумерных неорганических материалов для электронных и оптических приложений» УФН 192 609–641 (2022)
  3. П.В. Ратников, А.П. Силин «Двумерная графеновая электроника: современное состояние и перспективы» УФН 188 1249–1287 (2018)
  4. К.В. Ларионов, П.Б. Сорокин «Исследование плёнок моноатомной толщины: современное состояние» УФН 191 30–51 (2021)
  5. А.Е. Галашев, О.Р. Рахманова «Устойчивость графена и материалов на его основе при механических и термических воздействиях» УФН 184 1045–1065 (2014)
  6. А.В. Елецкий, И.М. Искандарова и др. «Графен: методы получения и теплофизические свойства» УФН 181 233–268 (2011)
  7. А.А. Бухараев, А.К. Звездин и др. «Стрейнтроника — новое направление микро- и наноэлектроники и науки о материалах» УФН 188 1288–1330 (2018)
  8. М.В. Харламова «Электронные свойства одностенных углеродных нанотрубок и их производных» УФН 183 1145–1174 (2013)
  9. М.Ю. Каган, А.В. Турлапов «Кроссовер БКШ—БЭК, коллективные возбуждения и гидродинамика сверхтекучих квантовых жидкостей и газов» УФН 189 225–261 (2019)
  10. М.Ю. Каган, В.А. Мицкан, М.М. Коровушкин «Аномальная сверхпроводимость и сверхтекучесть в фермионных системах с отталкиванием» УФН 185 785–815 (2015)
  11. Р.А. Андриевский «Металлические нано- и микростёкла: новые подходы в наноструктурном материаловедении» УФН 183 277–285 (2013)
  12. Г.Н. Макаров «Применение лазеров в нанотехнологии: получение наночастиц и наноструктур методами лазерной абляции и лазерной нанолитографии» УФН 183 673–718 (2013)
  13. С.Я. Ветров, И.В. Тимофеев, В.Ф. Шабанов «Локализованные моды в хиральных фотонных структурах» УФН 190 37–62 (2020)
  14. А.Л. Ивановский «Магнитные эффекты в немагнитных sp-материалах, индуцированные sp-примесями и дефектами» УФН 177 1083 (2007)
  15. С.И. Веденеев «Квантовые осцилляции в трёхмерных топологических изоляторах» УФН 187 411–429 (2017)
  16. З.Д. Квон, Д.А. Козлов и др. «Топологические изоляторы на основе HgTe» УФН 190 673–692 (2020)
  17. Г.А. Малыгин «Прочность и пластичность нанокристаллических материалов и наноразмерных кристаллов» УФН 181 1129–1156 (2011)
  18. Р.С. Берри, Б.М. Смирнов «Моделирование конфигурационных переходов в атомных системах» УФН 183 1029–1057 (2013)
  19. Д.В. Казанцев, Е.В. Кузнецов и др. «Безапертурная микроскопия ближнего оптического поля» УФН 187 277–295 (2017)
  20. Р.А. Андриевский «Водород в наноструктурах» УФН 177 721–735 (2007)

Список формируется автоматически.

© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение