Abstrakt

Bistabilität in Fe-, Co- und Ni-Drähten in Kohlenstoffnanoröhren

Rodrigues RB und Diniz EM

Die Einkapselung von Nanodrähten in Kohlenstoffnanoröhren ist eine sehr wirksame Methode, um die Nanodrähte vor äußeren Einflüssen wie Oxidation zu schützen. Darüber hinaus können auf diese Weise streng lineare Atomketten erzeugt werden, wenn die Kohlenstoffnanoröhre sehr schmal ist. Obwohl zu diesem Thema viele theoretische Studien durchgeführt wurden, berücksichtigen einige die Auswirkungen der Peierls-Verzerrung, die die Kette dimerisiert. Als Beitrag zu diesem Thema berichten wir hier über Berechnungen auf Grundlage der Dichtefunktionaltheorie von Fe-, Co- und Ni-Nanodrähten, die in schmale Zickzack- oder Sessel-Kohlenstoffnanoröhren eingekapselt sind. Unsere Erkenntnisse sagen voraus, dass Fe-Nanodrähte eine minimale Energiekonfiguration für eine dimerisierte Geometrie und ein tiefes lokales Minimum für eine nicht-dimerisierte Geometrie aufweisen. Wir stellten außerdem fest, dass Co und Ni eine regelmäßig angeordnete Konfiguration als Geometrie mit der niedrigsten Energie aufweisen, Co-Nanodrähte jedoch ein lokales Minimum für eine dimerisierte Konfiguration aufweisen, dessen Energiebarriere unabhängig vom Durchmesser und der Chiralität der Nanoröhre ist. Darüber hinaus stellen wir fest, dass alle Nanodrähte Elektronen auf die Nanoröhre übertragen und die magnetischen Momente der dimerisierten Nanodrähte mindestens 50 % kleiner sind als die entsprechenden der nicht dimerisierten. In einigen Fällen verschwindet das magnetische Moment sogar dann, wenn der nicht dimerisierte Nanodraht einen Wert ungleich Null hat. Solche Erkenntnisse können helfen, strukturelle, elektronische und magnetische Eigenschaften von Nanodrähten vorherzusagen, die von Kohlenstoffnanoröhren umhüllt sind, und geben Aufschluss darüber, ob die Unterschiede dieser beiden Geometrien für die Nanodrähte experimentell nachweisbare Daten erzeugen können.