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
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
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/
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 (5) Похожие статьи (20) ↓

  1. П.Б. Сорокин, Л.А. Чернозатонский «Полупроводниковые наноструктуры на основе графена» 183 113–132 (2013)
  2. П.В. Ратников, А.П. Силин «Двумерная графеновая электроника: современное состояние и перспективы» 188 1249–1287 (2018)
  3. А.Е. Галашев, О.Р. Рахманова «Устойчивость графена и материалов на его основе при механических и термических воздействиях» 184 1045–1065 (2014)
  4. А.В. Елецкий, И.М. Искандарова и др. «Графен: методы получения и теплофизические свойства» 181 233–268 (2011)
  5. М.В. Харламова «Электронные свойства одностенных углеродных нанотрубок и их производных» 183 1145–1174 (2013)
  6. М.Ю. Каган, А.В. Турлапов «Кроссовер БКШ—БЭК, коллективные возбуждения и гидродинамика сверхтекучих квантовых жидкостей и газов» 189 225–261 (2019)
  7. А.А. Бухараев, А.К. Звездин и др. «Стрейнтроника — новое направление микро- и наноэлектроники и науки о материалах» 188 1288–1330 (2018)
  8. М.Ю. Каган, В.А. Мицкан, М.М. Коровушкин «Аномальная сверхпроводимость и сверхтекучесть в фермионных системах с отталкиванием» 185 785–815 (2015)
  9. Р.А. Андриевский «Металлические нано- и микростёкла: новые подходы в наноструктурном материаловедении» 183 277–285 (2013)
  10. Г.Н. Макаров «Применение лазеров в нанотехнологии: получение наночастиц и наноструктур методами лазерной абляции и лазерной нанолитографии» 183 673–718 (2013)
  11. С.И. Веденеев «Квантовые осцилляции в трёхмерных топологических изоляторах» 187 411–429 (2017)
  12. Г.А. Малыгин «Прочность и пластичность нанокристаллических материалов и наноразмерных кристаллов» 181 1129–1156 (2011)
  13. Р.С. Берри, Б.М. Смирнов «Моделирование конфигурационных переходов в атомных системах» 183 1029–1057 (2013)
  14. Д.В. Казанцев, Е.В. Кузнецов и др. «Безапертурная микроскопия ближнего оптического поля» 187 277–295 (2017)
  15. Р.А. Андриевский «Водород в наноструктурах» 177 721–735 (2007)
  16. А.В. Елецкий «Холодные полевые эмиттеры на основе углеродных нанотрубок» 180 897–930 (2010)
  17. М.В. Дурнев, М.М. Глазов «Экситоны и трионы в двумерных полупроводниках на основе дихалькогенидов переходных металлов» 188 913–934 (2018)
  18. В.Я. Покровский, С.Г. Зыбцев и др. «Высокочастотные, «квантовые» и электромеханические эффекты в квазиодномерных кристаллах с волной зарядовой плотности» 183 33–54 (2013)
  19. А.Д. Погребняк, А.П. Шпак и др. «Структура и свойства твёрдых и сверхтвёрдых нанокомпозитных покрытий» 179 35–64 (2009)
  20. Р.А. Андриевский, А.М. Глезер «Прочность наноструктур» 179 337 (2009)

Список формируется автоматически.

© Успехи физических наук, 1918–2019
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение