Инкапсулирование углеродных нанотрубок типа «кресло» цепочкой атомов Fe «зигзаг»

Abstract

В рамках теории функционала плотности проведены неэмпирические расчеты структурных, электрон- ных и магнитных свойств углеродных нанотрубок (НТ) типа «кресло», инкапсулированных цепочкой ато- мов Fe «зигзаг» Fe₂@(n,n)m (m = 1, 2; n = 4, 5, 6, 7, 8, 9). Показано, что оптимизация структуры вдоль оси НТ может существенно изменить энергию связи НТ и цепочки атомов Fe. Из расчетов следует, что Fe₂@(5,5) — наиболее стабильна из всех исследуемых инкапсулированных нанотрубок. Уменьшение кон- центрации Fe в инкапсулированной НТ в два раза переводит систему из экзотермической в эндотермиче- скую (Fe₂@(5,5)m) и наоборот (Fe₂@(6,6)m)). При больших радиусах инкапсулированной НТ (> 4,13 Å) энергия связи НТ и цепочки атомов Fe стремится к нулю, а магнитные моменты атомов Fe и отклонения атомов Fe от оси НТ стремятся к значениям аналогичных величин в свободной цепочке атомов Fe «зигзаг».

В рамках теорії функціонала щільності проведено неемпіричні розрахунки структурних, електронних та магнітних властивостей карбонових нанотрубок (НТ) типу «крісло», інкапсульованих ланцюжком атомів Fe типу «зигзаг» Fe₂@(n,n)m (m = 1, 2; n = 4, 5, 6, 7, 8, 9). Показано, що оптимізація структури вздовж осі НТ може істотно змінити енергію зв’язку НТ та ланцюжка атомів Fe. З розрахунків випливає, що Fe₂@(5,5) — найбільш стабільна з усіх інкапсульованих нанотрубок, які нами розраховувались. Зменшення концентрації Fe в інкапсульованій НТ у два рази переводить систему з екзотермічної в ендотермічну (Fe₂@(5,5)m) та навпаки (Fe₂@(6,6)m)). При більших радіусах інкапсульованої НТ (> 4,13 Å) енергія зв’язку НТ та ланцюжка атомів Fe прямує до нуля, а магнітні моменти атомів Fe та відхилення атомів Fe від осі НТ наближаються до значень аналогічних величин в окремому ланцюжку атомів Fe «зигзаг».

Аb initio calculations of structural, electronic and magnetic properties of “chair” carbon nanotubes Fe₂@(n,n)m (m = 1, 2; n = 4, 5, 6, 7, 8, 9) (NT) encapsulated by zigzag Fe atom chain were performed in the density functional theory framework. It is shown, that the structural optimization along NT axis may essentially change the binding energy of NT and Fe atom chain. It follows from calculations, that Fe₂@(5,5) is the most stable among all investigated encapsulated nanotubes. Reducing the Fe concentration in encapsulated NT in two time converts system from exothermic to endothermic one (Fe₂@(5,5)m) and vice versa (Fe₂@(6,6)m)). At the large radii of encapsulated NT (> 4,13 Å) the binding energy of NT and Fe atom chain tends to zero, also the Fe atoms magnetic moments and Fe atom deviations from NT axis tends to similar values for free zigzag Fe atom chain.