Физика

Structure and electronic properties of fluorographene and fluorographite crystals

[Структура и электронные свойства фторографеновых и фторографитовых кристаллов]

M. E. Belenkov, V. M. Chernov, A. V. Butakov

Chelyabinsk State University, Chelyabinsk, Russian Federation

Аннотация: Проведено исследование структуры и электронных свойств двумерных (2D) (фторографенов) и трехмерных (3D) (фторографитов) кристаллов, составленных из функционализированных фтором монослоев полиморфов графена L$_6$, L$_{3-12}$, L$_{4-6-12}$, L$_{5-7}$ и L$_{4-8}$ с различным типом присоединения атомов фтора. Установлено, что в исследуемых 3D-кристаллах изменяются в широких пределах межслоевые расстояния: 4,73 $\div$ 5,96 Å и объемные плотности: 2,43 $\div$ 3,98 г/cм$^3$. Значение ширины запрещенной зоны во фторографитах в среднем на 0,4 эВ меньше ширины запрещенной зоны в соответствующих фторографенах. Во фторографитах обнаружена закономерность: с увеличением межслоевого расстояния энергия межслоевого взаимодействия уменьшается, а объемная плотность увеличивается. Обнаружено, что ширина запрещенной зоны как во фторографенах, так и фторографитах уменьшается при увеличении энергии сублимации. Установлена связь между степенью разброса длин С-С-связей и наличием или отсутствием расталкивающих flagpole-сил между присоединяемыми атомами фтора. Наблюдается, что при функционализации значения средней длины C-C связи увеличиваются для монослоев L$_6$, L$_{3-12}$, L$_{4-6-12}$, L$_{5-7}$ и L$_{4-8}$. Значения средних длин C-C связей при формировании фторографита из фторографена практически не изменяются. Разброс длин C-C связей варьируется от 0,2 % в F-L$_6$T1 до 10,7 % в F-L$_{4-6-12}$T1 для фторографитов.

Ключевые слова: функционализация, фторографит, фторографен, полиморфизм кристаллов, тип присоединения, ширина запрещенной зоны.

УДК: 538.911

Поступила в редакцию: 11.07.2024

Язык публикации: английский

DOI: 10.14529/mmph250105