Скачать полную версию статьи (в PDF формате)

T. M. RADCHENKO and V. A. TATARENKO
«Statistical Thermodynamics and Kinetics of Atomic Order in Doped Graphene. I. Substitutional Solution»
0867–0910 (2008)

PACS numbers: 61.48.De, 61.72.Cc, 64.60.Cn, 64.70.Nd, 68.65.-k, 81.05.Uw, 81.30.Hd

Предложены модели статистической термодинамики и кинетики порядка распределения атомов замещения (со стехиометрическими содержаниями 1/8, 1/4 и 1/2) в двумерной решетке графенового типа. Выявлена нестабильность порядка структур со стехиометриями 1/6 и 1/3 (по крайней мере, при короткодействующих взаимодействиях атомов). При легировании графена атомами замещения с короткодействующими взаимодействиями возможны структуры, которые характеризуются лишь одним параметром дальнего порядка, а при легировании его атомами с дальнодействующими взаимодействиями возможны и структуры, которые описываются двумя или тремя параметрами дальнего порядка. При стехиометрии 1/4 термодинамически выгоднейшей является структура с единственным параметром дальнего порядка, а не с двумя или тремя. Установлено, что (из-за превалирования межподрешеточных энергий «смешения» в их «конкуренции» с внутриподрешеточными энергиями «смешения») кинетические кривые параметров дальнего порядка для структур, которые характеризуются двумя или тремя параметрами, могут быть немонотонными. Показано, что «эффективнейшее» упорядочение (т.е. вплоть до наибольших значений параметра дальнего порядка) атомов углерода и примеси замещения в графеновой решетке присуще структуре, которая принадлежит к сверхструктурному типу с эквиатомной стехиометрией, а наименьшим эффект упорядочения является для структуры с наибольшей разницей соответствующих стехиометрических атомных долей углерода и примеси. Результаты рассмотрения физической кинетики подтверждают статистико-термодинамический результат: во-первых, асимптотическое и равновесное значения параметров дальнего порядка этих моделей соответственно совпадают, а во-вторых, при повышенных температурах равновесное (и текущее) значение параметра дальнего порядка в нестехиометрической двухкомпонентной структуре на основе графена (с отклонением от стехиометрии в сторону увеличения концентрации легирующего элемента) может быть выше, чем в стехиометрической фазе.