BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
HỆ THỐNG THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Lọc theo danh mục
  • Năm xuất bản
    Xem thêm
  • Lĩnh vực
liên kết website
Lượt truy cập
 Lượt truy cập :  24,055,761
  • Công bố khoa học và công nghệ Việt Nam

Huỳnh Anh Huy(1), Nguyễn Trường Long(2), Trương Quốc Tuấn, Lê Thị Phúc Lộc, Ông Kim Lẹ, Nguyễn Hoàng Giang, Võ Văn Hoàng

NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC PHÂN TỬ VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH VÀ TÍNH ỔN ĐỊNH NHIỆT CỦA VẬT LIỆU PENTA-SILICENE

A MOLECULAR DYNAMICS STUDY OF THE COOLING EFFECT AND THERMAL STABILITY ON MONOLAYER OF PENTA-SILICENE

Tạp chí Khoa học - Đại học Sư phạm Tp. Hồ Chí Minh

2019

9

Nghiên cứu được thực hiện trên các mô hình 2 chiều của vật liệu penta-silicene thu được qua quá trình nén dưới áp suất cao từ trạng thái vô định hình. Phương pháp mô phỏng động lực học phân tử được áp dụng cho quá trình làm lạnh từ 1000 K đến 300 K, sau đó được hồi phục theo thời gian (ủ nhiệt). Cấu trúc và tính chất nhiệt động của các mô hình được phân tích qua hàm phân bố xuyên tâm, phân bố số phối vị, góc liên kết, số vòng liên kết, khoảng cách giữa các nguyên tử, năng lượng và nhiệt dung riêng. Kết quả cho thấy, quá trình làm lạnh chậm đã làm tăng cường cấu trúc tinh thể của vật liệu. Sự ổn định nhiệt của mô hình cũng được chứng tỏ, vật liệu penta-silicene có thể được điều khiển bằng áp suất để có được cấu trúc theo ý muốn. Qua đó, nghiên cứu cho thấy được khả năng áp dụng vào thực tế của việc chế tạo vật liệu 2 chiều này.

This paper investigates the cooling effect and thermal stability of novel 2D pentagonal symmetry of Si (penta-silicene) via molecular dynamics (MD) simulation method. Penta-silicene models are obtained through density-driven transition f-rom amorphous phase. In order to survey the cooling effect of penta-silicene, similar cooling processes f-rom 1000K to 300K were applied. Evolutions of structural and thermodynamic behaviors are found including total energy, radial distribution function (RDF), interatomic distance, and ring and bond-angle distributions. Thermal stability of penta-silicene models at 300K was verified by relaxation along with different defects depending on the degree of model compression. The result provided new insights into the regime of high-density phase in 2D materials.

Xem toàn văn
  • [1] Zheng, M., Takei, K., Hsia, B.,…, Javey, A. (2010), Metal-catalyzed crystallization of amorphous carbon to graphene,Appl. Phys. Lett. 96, 063110
  • [2] Zhao, J., Liu, H., Yu, Z., Quhe, R., Zhou, S., Wang, Y., Liu, C.C., Zhong, H., Han, N., Lu, J., Yao, Y., Wu, K. (2016), Rise of silicene: A competitive 2D material,Prog. Mater Sci. 83, 24-151.
  • [3] Zhang, P., Yang, X., Wu W.,…, Ye H. (2018), Two-dimensional penta-Sn3H2 monolayer for nanoelectronics and photocatalytic water splitting: a first-principles study,RSC Adv. 8, 11799
  • [4] Xu, X., Zhuang, J., Du, Y., Eilers, S., Peleckis, G., Yeoh, W., Wang, X., Dou, S., Xue, K., Wu, K. (2014), Adelaide: Proc. of the IEEE,Inter. Conf. on Nanosci. and Nanotech ICONN (pp.28-30)
  • [5] Xu, W., Zhang, G., Li, B. (2015), Thermal conductivity of penta-graphene f-rom molecular dynamics study,J. Chem. Phys. 143, 154703
  • [6] Vo Van Hoang, Nguyen Truong Long (2016), Amorphous silicene—a view f-rom molecular dynamics simulation,J. Phys.: Conden. Matter 28, 195401
  • [7] Vo Van Hoang, Huynh Thi Cam Mi (2014), Free-standing silicene obtained by cooling f-rom 2D liquid Si: structure and thermodynamic properties,J. Phys. D: Appl. Phys. 47, 495303
  • [8] Vogt, P., Padova, P. D., Quaresima, C., Avila, J., Frantzeskakis, E., Asensio, M.C., Resta, A., Ealet, B., Lay, G.L (2012), Silicene: compelling experimental evidence for graphenelike two-dimensional silicon,Phys. Rev. Lett. 108, 155501
  • [9] Vasisht, V.V., Saw, S., Sastry, S. (2011), Liquid–liquid critical point in supercooled silicon,Nat. Phys. 7, 549-553.
  • [10] Topsakal, M., Akturk, E., Sahin, H. Ciraci, S. (2009), Two-and one-dimensional honeycomb structures of silicon and germanium,Phys. Rev. Lett. 102, 236804
  • [11] Sun, H., Mukherjee, S., Singh, C. V. (2016), Mechanical properties of monolayer pentagraphene and phagraphene: a first-principles study,Phys.Chem. Chem.Phys. 18, 26736
  • [12] Stillinger, F. H., Weber, T. A. (1985), Computer simulation of local order in condensed phases of silicon,Phys. Rev. B 31, 5262
  • [13] Shanavas, K. V., Pandey, K. K., Garg, N., Sharma, S. M. (2012), Computer simulations of crystallization kinetics in amorphous silicon under pressure,J. Appl. Phys. 111, 063509
  • [14] Raju, M., Duin, A., Ihme, M. (2018), Phase transitions of ordered ice in graphene nanocapillaries and carbon nanotubes,Sci. Rep. 8, 3851
  • [15] Rachel, S., & Ezawa, M. (2014), Giant magnetoresistance and perfect spin filter in silicene, germanene, and stanene,Phys. Rev. B 89, 195303
  • [16] Plimpton, S. (1995), Fast parallel algorithms for short-range molecular dynamics,J. Comput. Phys. 117, 1-19
  • [17] Oughaddou, H (2015), Silicene, a promising new 2D material,Prog. Surf. Sci. 90, 46-83
  • [18] Nguyen Truong Long, Huynh Anh Huy, Truong Quoc Tuan, Ong Kim Le, Nguyen Hoang Giang, Vo Van Hoang (2018), Crystallization of supercooled liquid and amorphous silicene,J. Non. Crys. Sol. 487, 87-95
  • [19] Morsali, A., Beyramabadi, S. A., Vahidi, S. H., Chegini, H., Beyzaie, N. (2014), A molecular dynamics study on the role of attractive and repulsive forces in isobaric heat capacity and sound velocity of sub- and supercritical dense fluids,J. Supercrit. Fluids, 95, 628-634
  • [20] Mcmillan, P. F., Wilson, M., Daisenberger, D., Machon, D. (2005), A density-driven phase transition between semiconducting and metallic polyamorphs of silicon,Nat. Mater. 4, 680
  • [21] Mas-Ballesté R., Gómez-Navarro C., Gómez-Herrero J., Zamora F. (2011), 2D materials: to graphene and beyond,Nanoscale 3, 20-30
  • [22] Ma, F., Zheng, H. B., Sun, Y. J., Yang, D., Xu K. W., Paul, K. Chu (2012), Strain effect on lattice vibration, heat capacity, and thermal conductivity of graphene,Appl. Phys. Lett. 101, 111904
  • [23] Liu, H., Gao, J., & Zhao, J. (2014), Silicene on substrates: interaction mechanism and growth behavior,J. Phys.: Conf. Ser. 491, 012007
  • [24] Liu, C., Feng, W., Yao, Y. (2011), Quantum spin Hall effect in silicene and two-dimensional germanium,Phys. Rev. Lett. 107, 076802
  • [25] Le Roux S., Petkov V. (2010), ISAACS–interactive structure analysis of amorphous and crystalline systems,J. Appl. Cryst. 43, 181-185
  • [26] Lay, G. L. (2015), 2D materials: silicene transistors,Nat. Nanotechnol. 10, 202-203
  • [27] Köster, A., Mausbach, P., Vrabec, J. (2017), Premelting, solid-fluid equilibria, and thermodynamic properties in the high density region based on the Lennard-Jones potential,J. Chem. Phys. 147, 144502
  • [28] Kara, A., Enriquez, H., Seitsonen, A. P., Lew Yan Voon L. C., Vizzini, S., Aufray, B., Oughaddou, H. (2012), A review on silicene—new candidate for electronics,Surf. Sci. Rep. 67, 1-18.
  • [29] Jose, D., Datta, A. (2011), Structures and electronic properties of silicene clusters: a promising material for FET and hydrogen storage,Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 7304-7311
  • [30] Johnston, J. C., Phippen, S., Molinero, V. (2011), A Single-Component Silicon Quasicrystal,J. Phys. Chem. Lett. 2, 384-388.
  • [31] Huynh Anh Huy, Nguyen Truong Long, Truong Quoc Tuan, Nguyen Lem Thuy Dương , Ong Kim Le, Nguyen Hoang Giang, Vo Van Hoang (2019), Novel pressure-induced topological phase transitions of supercooled liquid and amorphous silicene,J. Phys.: Conden. Matter, 31(9), 095403.
  • [32] Humphrey, W., Dalke, A. Schulten, K. (1996), VMD: visual molecular dynamics.,J. Mol. Graph. 14, 33-38
  • [33] Huang, S., Kang, W., Yang L. (2013), Electronic structure and quasiparticle bandgap of silicene structures,Appl. Phys. Lett. 102, 133106.
  • [34] Gao, Z., Giovambattista, N., Sahin O. (2018), Phase Diagram of Water Confined by Graphene,Sci. Rep. 8, 6228
  • [35] Gao, J., & Zhao, J. (2012), Initial geometries, interaction mechanism and high stability of silicene on Ag (111) surface.,Sci. Rep. 2, 861.
  • [36] Caupin, F. (2015), Escaping the no man's land: Recent experiments on metastable liquid water Escaping the no man's land: Recent experiments on metastable liquid water,J. Non. Crys. Sol. 407, 441-448.
  • [37] Ding, Y., Wang, Y. (2015), Hydrogen-induced stabilization and tunable electronic structures of penta-silicene: a computational study,J. Mat. Chem. C 3, 11341-11348
  • [38] Deb, S. K., Wilding, M., Somayazulu, M., McMillan, P. F. (2001), Pressure-induced amorphization and an amorphous-amorphous transition in densified porous silicon,Nature 414, 528.
  • [39] Cranford, S.W. (2016), When is 6 less than 5? Penta-to hexa-graphene transition,Carbon 96, 421-428.
  • [40] Corsini, N. R. C., Zhang, Y., Little, W. R,…, Sapelkin, A. (2015), Pressure-induced amorphization and a new high density amorphous metallic phase in matrix-free Ge nanoparticles,Nano Lett. 15, 7334-7340
  • [41] Bolmato, D., Brazhkin, V.V., & Trachenko, K. (2013), Thermodynamic behaviour of supercritical matter,Nat. Commun. 4, 2331