Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по физике
На правах рукописи
ЕРШОВ Игорь Владимирович
ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИНТЕРФЕЙСОВ ГРАФЕН/MeO (Me = Al, Mn)
Специальность:
01.04.07 - физика конденсированного состояния
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Ростов-на-Дону 2012
Работа выполнена на кафедре физики ФГБОУ ВПО Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону
Научный консультант: доктор технических наук, доцент Илясов Виктор Васильевич
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Бугаев Лусеген Арменакович (Южный федеральный университет) доктор физико-математических наук, профессор Лагутин Борис Михайлович (Ростовский государственный университет путей сообщения)
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Воронежский государственный университет, г. Воронеж
Защита диссертации состоится 28 мая 2012 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.05 (физико-математические науки) по специальности 01.04.07 - физика конденсированного состояния при Южном федеральном университете в здании физического факультета ЮФУ по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 5, ауд. 2
С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке ЮФУ по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 1Автореферат разослан 28 апреля 2012 года Отзывы (2 экз.) на автореферат диссертации, заверенные подписью рецензента и печатью учреждения, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета Д 212.208.05 при ЮФУ по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 194, НИИ физики ЮФУ
Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.208.05 при ЮФУ Гегузина Г.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Определение структурных, электронных и транспортных свойств графена и различных планарных структур на его основе в последнее время становится важной задачей современной физики конденсированного состояния. Известно, что графен - перспективный материал для создания устройств наноэлектроники и спинтроники, он является одним из главных кандидатов на роль основного материала посткремниевой электроники из-за высокой подвижности носителей заряда и других уникальных свойств. Слабая спин-орбитальная связь, высокая подвижность зарядов и большая длина спиновой релаксации в графене делают возможным при комнатной температуре спиновый транспорт на субмикронных расстояниях. Недавно [1] был предложен спиновый полевой транзистор, в котором в качестве канала выступает графеновая нанополоса. В работе [2] обоснован механизм избирательной проводимости для разных направлений спинов в графене под действием внешнего электрического поля.
Поскольку графен является двумерным материалом, состоящим из атомного слоя углерода, его электронные, магнитные и оптические свойства сильно зависят от выбора подложки. За последние годы успешно синтезированы и исследованы графеновые слои на поверхности многих металлов Ni, Ru, Pd, Mo, Pt, Ir, карбидов и оксидов SiC, SiO2, Al2O3. Среди возможных подложек для графена представляют интерес диэлектрические подложки, которые могут играть роль подзатворного диэлектрика в составе структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). В качестве подложки-диэлектрика может использоваться -Al2O3, высокая диэлектрическая проницаемость и доступность которого делают его перспективным материалом для синтеза планарных структур на основе графена, что подтверждают известные экспериментальные работы последних двух лет [3]. Магнитные наноструктуры на основе графена могут с успехом применяться [4] как компоненты магниторезистивных контактов, где графен выступает в качестве немагнитной прослойки между ферромагнитными металлическими слоями. В частности, интерфейс графен/ферромагнитный металл недавно стал объектом повышенного внимания благодаря возможности использования эффектов спиновой фильтрации и гигантского магнетосопротивления. Однако магнетизм в интерфейсе графен/антиферромагнетик также может оказаться перспективным с точки зрения применения в устройствах спинтроники. Среди антиферромагнитных диэлектриков монооксид марганца MnO особо интересен, благодаря высокоспиновому основному состоянию иона Mn2+.
Несмотря на перспективность интерфейсов графен/-Al2O3 и графен/MnO, фактически нет ни одной теоретической работы, посвященной систематическому изучению особенностей их атомной и электронной структуры. Наиболее эффективны ми и иногда единственно возможными методами для определения и предсказания этих особенностей являются расчетные методы в рамках теории функционала плотности. Таким образом, тема диссертации, посвященной систематическому исследованию зонной структуры, когезионных, транспортных и магнитных свойств интерфейсов типа графен/MeO (Me=Al, Mn) с использованием современных методов квантовой теории твердого тела, является актуальной и своевременной.
Целью работы является установление особенностей зонной структуры, природы межатомных взаимодействий, структурных, адсорбционных, магнитных и транспортных свойств графеновых интерфейсов на немагнитных и магнитных диэлектрических подложках систем графен/Al2O3 и графен/MnO.
Для достижения поставленной цели ставились задачи:
провести поиск обменно-корреляционного функционала в обобщенном градиентном приближении (GGA), описывающего наиболее точно структурные и электронные свойства рассчитываемых углеродных структур и интерфейсов;
рассчитать эффективные модельные псевдопотенциалы для методов, использующих плоские волны, чтобы описать взаимодействия валентных электронов с электронами внутренних оболочек и ядрами различных атомов;
рассчитать атомные и электронные свойства и оценить величины параметров ячейки, межатомных расстояний и транспортных характеристик простых углеродных 3D- и 2D-структур, а также кристаллов некоторых оксидов для сопоставления с экспериментальными данными;
разработать методики расчета полярных поверхностей с использованием схем пассивации и дипольной коррекции для устранения оборванных связей в модели пластины и дипольных моментов в пространстве вакуумной щели;
построить поверхностные сверхрешетки, моделирующие бесконечный периодический интерфейс и рассмотреть различные укладки атомов графена относительно атомов подложки;
смоделировать методом молекулярной динамики и DFT-минимизации процессы адсорбции графена на подложку для поиска оптимальной ориентации атомов в интерфейсах;
выявить закономерности изменения зонной структуры, структурных свойств и природы межатомных взаимодействий в интерфейсах;
Объекты исследования:
- углеродные структуры (алмаз, графит, графен, двойной слой графена);
- оксиды -Al2O3, MnO, и их поверхностей -Al2O3(0001), MnO(001) и MnO(111);
- интерфейсы: графен/-Al2O3(0001)Al; графен/-Al2O3(0001)O;
BLG/Al2O3(0001)O; графен/MnO(111)Mn; графен/MnO(111)O и графен/MnO(001).
Научная новизна работы состоит в том, что впервые рассчитаны структурные и электронные свойства объемных и двумерных углеродных структур - алмаз, графит, графен, двухслойный графен методом псевдопотенциала и методом проекционных присоединенных волн с использованием модифицированного обменно-корреляционного функционала в форме PBEsol и сконструированных в работе эффективных потенциалов.
определены структура и электронные свойства интерфейсов графен/Al2O3(0001)Al, графен/-Al2O3(0001)O и BLG/Al2O3(0001)O в рамках единого метода проекционных присоединенных волн с использованием обменно-корреляционных функционалов в приближениях LDA (PZ, PW) и GGA (PW91, PBE, PBEsol).
установлены закономерности изменения зонного спектра графена вблизи уровня Ферми в интерфейсе графен/-Al2O3(0001)Al и показана возможность изменения типа проводимости графена под влиянием подложки.
рассчитаны структурные и электронные свойства интерфейсов графен/MnO(111)Mn, графен/MnO(111)O с использованием как стандартных GGAфункционалов в форме PBE, так и с использованием приближения PBE+U.
установлены атомная и электронная структура и механизмы адсорбции графена на подложку в интерфейсе графен/MnO(001).
рассчитаны магнитные свойства графена в интерфейсе графен/антиферромагнетик.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Графен взаимодействует с подложкой -Al2O3(0001), ограниченной алюминием, по механизму физической адсорбции, то есть энергия связи в интерфейсе составляет не более 40 мэВ/(атом С), а равновесное расстояние между поверхностью и атомами углерода d 2,9 .
2. В интерфейсе графен/-Al2O3(0001) подложка, ограниченная атомами алюминия, оказывает влияние на зонный спектр графена вблизи точки Дирака, в результате чего появляется энергетическая щель между связывающей и антисвязывающей -зонами графена шириной около 50 мэВ.
3. В интерфейсе графен/-Al2O3(0001)O графен образует с поверхностными атомами кислорода химическую связь типа ковалентной, что приводит к искажению планарной структуры графена и модификации зонных спектров и поверхности, и графена с возникновением интерфейсных состояний.
4. В двумерных системах графен/MnO(111) взаимодействие графена с подложкой сопровождается появлением интерфейсных зон вблизи уровня Ферми, что обусловлено перекрытием и гибридизацией pz-состояний, наиболее удаленных от подложки атомов углерода, с поверхностными состояниями атомов марганца и кислорода.
5. Взаимодействие графена с полярной поверхностью (111) антиферромагнетика MnO сопровождается появлением магнитных моментов на атомах углерода величиной до 0,6 B и возникновением в графене магнитного упорядочения, которое зависит от состава и структуры поверхности подложки.
Практическая значимость работы: Полученные результаты могут быть использованы для интерпретации спектроскопических, энергетических, магнитных и других функциональных свойств графеновых интерфейсов. Изученные интерфейсы могут служить модельными системами для направленного синтеза новых гетероструктур, перспективных для современных электронных устройств графеновой наноэлектроники и спинтроники.
Надежность и достоверность полученных в работе результатов обеспечиваются использованием эффективного и надежного метода псевдопотенциала и наиболее точного полноэлектронного метода PAW с использованием базиса плоских волн в рамках мощного и хорошо зарекомендовавшего себя программного пакета Quantum Espresso с открытым исходным кодом. В некоторых случаях для сравнения результатов в работе использовался хорошо апробированный метод LAPW реализованный в программном пакете WIEN2k. Достоверность полученных данных подтверждается согласием результатов расчетов с использованием различных обменнокорреляционных функционалов с известными экспериментальными данными и результатами расчетов других авторов.
ичный вклад автора. Выбор темы, методов расчета и формулировка основных выводов и положений, выносимых на защиту, проводились совместно с научным руководителем Илясовым В.В.. Эффективные потенциалы для атомов и модифицированные обменно-корреляционные функционалы для проведения расчетов построены лично автором. Расчеты всех исследованных соединений и интерфейсов, а также моделирование интерфейсов и разработка методик пассивации поверхностей и дипольных коррекций для полярных поверхностей также осуществлены лично автором. В анализе и обсуждении полученных результатов по атомной и зонной структуре исследованных систем принимал активное участие профессор Никифоров И.Я. и другие соавторы совместно опубликованных работ.
Работа выполнена в рамках темы 1.26.11. тематического плана ДГТУ 2011 года по заданию Минобрнауки РФ и частично - по Государственному контракту на выполнение НИР от 29 апреля 2011 года, № 16.552. 11.7027 Минобрнауки РФ.
Апробация основных результатов происходила на 4-ой Международной научно-практической конференции Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование (Санкт-Петербург, 2007), Международном симпо зиуме Упорядочение в минералах и сплавах, ОМА-10, 12 - 14 (Россия, п. Лоо, 2007 - 2011), Международном междисциплинарном симпозиуме Физика низкоразмерных систем и поверхностей, LDS-2008, 2010 (Россия, п. Лоо, 2008, 2010), 9-ом Международном симпозиуме Фуллерены и атомные кластеры, IWFACТ09 (Россия, Санкт-Петербург, 2009), Международной научно-технической конференции Нанотехнологии-2010 (Россия, п. Дивноморское, 2010), Всероссийской конференции Нано-2011 (Россия, Москва, 2011), Международном симпозиуме Современные углеродные наноструктуры, ACN-2011 (Россия, Санкт-Петербург, 2011), Международном междисциплинарном симпозиуме Среды со структурным и магнитным упорядочением, Multiferroics-3 (Россия, п. Лоо, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 работы, среди которых статей в рецензируемых ведущих российских и зарубежных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, 4 статьи - в электронном журнале, 9 статей - в сборниках трудов всероссийских и международных конференций и 4 тезиса - в сборниках тезисов докладов международных и всероссийских конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка цитируемой литературы из 185 наименований и списка публикаций автора, изложенных на 217 страницах, содержит 98 рисунков и 21 таблицу.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении изложена актуальность темы, кратко изложены назревшие в цитируемой литературе проблемы, сформулированы цель и задачи работы, ее новизна и практическая ценность, а также научные положения, выносимые на защиту.
В первом разделе представлен обзор планарных углеродных структур, их основные свойства и методы синтеза. Также приведен небольшой обзор первопринципных методов расчета и экспериментальных методов исследования поверхностей и интерфейсов.
Во втором разделе представлены физические основы первопринципных зонных расчетов. Описан формализм Кона-Шэма в рамках теории функционала плотности (DFT), основы метода плоских волн, метода псевдопотенциала (PP-PW) и метода проекционных присоединенных волн (PAW). В данном методе эффективный гамильтониан определяется выражением [5]:
~ 1 1 ~ 1 ~ ~ ~ ~ ~ H 2 pi i 2 1 i 2 p , j j j 2 2 i, j где полный потенциал является суммой гладкой части и вкладов одноцентровых ~(r) ~ (r) 1(r) (r) разложений:.
Далее приведены основные сведения об используемых в работе приближениях для описания обменно-корреляционной энергии (функционал PZ в рамках приближения локальной плотности (LDA), функционалы PBE и PBEsol в рамках обобщенной градиентной аппроксимации (GGA), и гибридные функционалы (HF-DFT)).
Описано приближение периодической пластины.
В третьем разделе описана методика построения модельных эффективных потенциалов для атомов и приведены результаты конструирования псевдопотенциалов и их тестирования. Показано, что построенные псевдопотенциалы с высокой точностью воспроизводят вид волновых функций вне сфер присоединения (рис. 1).
огарифмические производные полноэлектронных и псевдоволновых функций максимально совпадают в достаточно широком интервале энергий благодаря использованию двух проекционных функций для каждого орбитального момента и благодаря оптимальному выбору радиусов сшивки. Тестирование псевдопотенциалов для ионизированных конфигураций атомов показало их хорошую переносимость (табл. 1). В дальнейшем, с использованием построенных псевдопотенциалов и различных приближений для обменно-корреляционного (ОК) функционала были рассчитаны структурные и электронные свойства некоторых углеродных структур:
алмаза, графита, графена, двухслойного графена. Показано, что при использовании построенных псевдопотенциалов в приближениях PBE и PBEsol для ОК функционала структурные параметры алмаза описываются с точностью не хуже 0,3 %, что оказывается значительно точнее стандартной ошибки ~1Е2 % при использовании GGA-функционалов. Для графита наблюдается иная ситуация. По данным расчетов, при использовании стандартных ОК функционалов в приближении GGA (PW91, PBE, BLYP и др.) структурные параметры графита рассчитываются неудовлетворительно (ошибка ~27 % и более). В то же время использование приближения LDA давало хорошее согласие с экспериментом. В работе показано, что использование ОК функционала в форме PBEsol для графита позволяет адекватно описать как равновесное межплоскостное расстояние, так и зонную структуру графита без использования эмпирических поправок и нелокальных членов.
Таблица 1 - Ионизированные электронные конфигурации для атома Mn и ошибки в описании собственных значений энергии для каждого орбитального момента Валентная [Ar]3d64s14p0 [Ar]3d54s14p0 [Ar]3d64s04p0 [Ar]3d54s04p0 [Ar]3d54s4pконфигурация l 3d 4s 4p 3d 4s 4p 3d 4s 4p 3d 4s 4p 3d 4s 4p 4,6 4,2 1,8 5,1 <1 <1 7,0 10 7,0 12 <1 <1 7,4 <1 <, mRy Рисунок 1 - Гладкие псевдо-волновые функции (левая панель), логарифмические производные полноэлектронных и псевдо-волновых функций (средняя панель) и локальный экранированный псевдопотенциал (правая панель), для атома марганца Рисунок 2 - Зонная структура монослоя графена (слева) и бислоя графена (справа) в сопоставлении с ARPES спектрами валентной полосы из работы [6].
На вставке дана поверхностная зона Бриллюэна с точками высокой симметрии Рисунок 3 - Зонная структура базальной поверхности (0001) -Al2O3, ограниченной атомами алюминия (левая панель) и кислорода (средняя панель), и рассчитанная плотность электронных состояний в валентной полосе поверхности Al2O3, ограниченной алюминием, в сопоставлении с экспериментальным фотоэлектронным спектром валентной полосы (правая панель) по данным работы [7] Расчеты структурных параметров и энергетического спектра однослойного и двухслойного графена (бислоя) с использованием различных приближений для ОК функционала показали, что структурные параметры монослоя графена удовлетворительно описываются в рамках всех исследованных приближений, в то время как структура бислоя графена с использованием стандартных GGA-функционалов вообще оказывается нестабильной. Функционал в форме PBEsol дает адекватные структурные параметры и для бислоя графена. Зонная структура (рис. 2), как монослоя, так и бислоя графена в приближении PAW-PBEsol описывается в согласии с экспериментальными данными.
В четвертом разделе представлены результаты расчетов зонной структуры и различных свойств как объемного -Al2O3, так и базальных поверхностей (0001) -Al2O3, ограниченных как атомами алюминия, так и атомами кислорода. В дальнейшем эта информация использовалась при моделировании интерфейсов графен/-Al2O3(0001)Al (графен на поверхности (0001), ограниченной алюминием), графен/-Al2O3(0001)O (графен на поверхности (0001), ограниченной кислородом) и BLG/-Al2O3(0001)O (бислой графена на поверхности (0001)). Для объемного Al2O3 было показано, что использование PAW-потенциала в приближении PBEsol приводит к идеальному описанию структурных параметров элементарной ячейки (ошибка в определении решеточных констант менее 0,2%). Параметры зонной структуры также находятся в хорошем согласии с экспериментом, с расчетами, выполненными в рамках метода LAPW и расчетами других авторов. Для кристалла -Al2O3 были сделаны оценки эффективных масс носителей заряда, которые оказались в хорошем согласии с данными экспериментов и аналогичными расчетами.
Поверхности (0001) -Al2O3 изучались в приближении бесконечной инверсионно-симметричной пластины. Для поверхности ограниченной алюминием наблюдается запрещенная полоса шириной порядка 5 эВ, что обуславливает диэлектрические свойства поверхности, в то время как поверхность, ограниченная кислородом характеризуется наличием зон поверхностных состояний кислорода, локализованных на уровне Ферми (рис.3). Расположение зон и плотность состояний в валентной полосе для поверхности (0001) -Al2O3 ограниченной алюминием хорошо согласуется с расчетами других авторов и имеющимися [7] спектрами валентной полосы нанокристаллических образцов -Al2O3. Далее для ограниченной алюминием поверхности (0001) -Al2O3 были сделаны оценки поверхностной энергии, исходя из соотношения:
ES lim E(n,W ) nEbulk , (1) n,W 2S где S - площадь поверхностной элементарной ячейки, E(n,W) - полная энергия пластины, Ebulk - полная энергия объемной элементарной ячейки, n - число элементарных ячеек в пластине. Величина поверхностной энергии в расчете на единицу площади элементарной ячейки (Es = 1,79 Дж/м2) оказалась наиболее близкой к эксперименту (Es = 1,69 Дж/м2) [8] среди нескольких других подобных оценок. Свойства интерфейсов графен/-Al2O3(0001) были изучены в приближении асимметричной пластины (рис. 5). Для интерфейса графен/-Al2O3(0001)Al рассматривались три возможные укладки графена на поверхности подложки (рис. 6). Расчеты проводились с использованием трех различных приближений для ОК функционала (GGAPBE, PBEsol, LDA-PZ) методом псевдопотенциала и методом PAW. Расчеты показали, что в рамках всех использованных приближений взаимодействие между графеном и подложкой в интерфейсе графен/-Al2O3(0001)Al является слабым.
Оценка энергии адсорбции графена на поверхности -Al2O3 производилась исходя из соотношения:
(Eint nEgraphene mEsurf ) atom Eads (2) 2n В выражении (2) n - число элементарных ячеек графена, используемых при расчете суперячейки, m - число элементарных ячеек подложки, Eint - полная энергия суперячейки с интерфейсом, Egraphene - полная энергия элементарной двухатомной ячейки графена, Esurf - полная энергия элементарной ячейки подложки.
Было установлено (табл. 2), что энергетически наиболее выгодной является укладка графена на поверхности, при которой атомы углерода по позициям совпадают с поверхностным алюминием (модель A). Исходя из равновесного расстояния между графеном и поверхностью подложки, а также величины энергии адсорбции был сделан вывод о механизме физической адсорбции графена на поверхности -Al2O3(0001), ограниченной алюминием. Данный вывод также подтверждается расчетами зонной структуры интерфейса графен/-Al2O3(0001)Al (рис. 7). В рамках всех трех приближений зонная структура графена в присутствие подложки не претерпела существенных изменений, дисперсия -зон осталась линейной, а положение зон относительно уровня Ферми не изменилось. Однако при детальном рассмотрении поведения кривых дисперсии вблизи уровня Ферми было обнаружено появление энергетической щели между указанными зонами шириной от 10 до 55 мэВ в зависимости от используемого приближения (и, соответственно, от расстояния между графеном и подложкой). Кроме появления щели, подложка влияет на характер энергетического спектра вблизи уровня Ферми, что проявляется изменением линейного спектра -зон графена на близкий к параболическому (рис. 8, а).
Рисунок 6 - Модели ориентации атомов углерода в интерфейсе графен/Рисунок 5 - Модель бесконечного Аl2O3(0001) относительно атомов интерфейса графен/-Al2O3(0001)Al подложки Рисунок 8 - Дисперсия Рисунок 7 - Сопоставление зонных структур вблизи уровня Ферми в интерфейса графен/-Al2O3(0001)Al в приблиинтерфейсе графен/жениях LDA-PZ (a), PBE (б), и PBEsol (в) Al2O3(0001)Al в приближениях LDA-PZ и PBEsol (a) и PBE (б) Таблица 2. Зависимость межплоскостных расстояний d1, энергий адсорбции Eads и ширины энергетической щели в интерфейсе графен/-Al2O3(0001)Al от используемых обменно-корреляционных функционалов и моделей укладки d1 () Eads (эВ/атом) (эВ) МоPZ PBE PBEsol PZ PBE PBEsol PZ PBE PBEsol дель LDA GGA GGA LDA GGA GGA LDA GGA GGA Мод. A 2,91 3,53 2,92 0,057 0,028 0,040 0,052 0,010 0,0Мод. Б 3,02 3,78 3,13 0,051 0,027 0,035 - - - Мод. В 2,93 3,66 3,04 0,055 0,028 0,039 0,033 - 0,0 Эффективные массы носителей для параболических зон по оценкам составили m* 710-3 m0, что говорит о высокой подвижности носителей заряда. Появление энергетической щели в зонной структуре интерфейса открывает возможность использования его в качестве элемента МДП-структуры с индуцированным каналом.
Свойства интерфейса графен/-Al2O3(0001)O были изучены в приближении пластины (рис. 9). Моделирование адсорбции графена на поверхность, ограниченную атомами O, показало, что графен сближается с поверхностью на расстояние порядка 1,5 . При этом происходит перестройка атомной структуры, как подложки, так и графена, который теряет свою планарную структуру. Некоторые атомы С сближаются с поверхностным кислородом на расстояние в пределах 1,44Е1,48 , что соответствует, например, длине ковалентной связи в метаноле (1,43 ). Зонная структура интерфейса графен/-Al2O3(0001)O характеризуется, в основном, появлением интерфейсных состояний вблизи уровня Ферми. Данные состояния образованы в результате перекрытия поверхностных состояний атомов кислорода и углерода, которые находятся на наибольшем удалении, в то время как наиболее сблизившиеся атомы C и O образуют общую электронную плотность (рис. 10). Состояниям, соответствующим образованию ковалентных связей, отвечает полоса гибридных зон в интервале энергий -8...-4 эВ. Интерфейсные зоны образованы преимущественно pz-состояниями углерода и кислорода и имеют малую дисперсию, по сравнению с -зонами в исходном графене (рис. 11). Полная электронная плотность в интерфейсе характеризуется высокой плотностью заряда между углеродом и ближайшим кислородом, что свидетельствует об образовании химической связи ковалентного типа между этими атомами. Анализ заселенностей по Лёвдину показал, что с атомов углерода, наиболее сильно связанных с кислородом, произошло перетекание отрицательного заряда величиной до 0,14 е. Для исследуемого интерфейса были сделаны оценки энергии адсорбции графена на подложку используя зависимость (2) аналогично интерфейсу графен/-Al2O3(0001)Al. Энергия адсорбции в расчете на атом углерода составила Eads=0,38 эВ, что соответствует образованию химической связи.
По результатам расчетов интерфейса BLG/-Al2O3(0001)O выяснилось, что расстояние между подложкой и первым (буферным) слоем (рис. 12) осталось тем же, что и для однослойного графена (длина одной связи C-O увеличилась на 0,02 ).
Расстояние между ближайшими атомами первого и второго графенового листа составило 3,362 , что практически в точности совпадает с экспериментальным расстоянием между слоями в графите и двухслойном графене. Второй слой графена в интерфейсе сохраняет свою планарную структуру.
Рисунок 9 - Модель бесконечного интерфейса графен/-Al2O3(0001)O Рисунок 11 - Зонная структура интерфейса графен/-Al2O3(0001)O Рисунок 10 - Полная зарядовая плотность в интерфейсе графен/-Al2O3(0001)O Кривые дисперсии, характерные для зонной структуры изолированного графена наблюдаются вблизи уровня Ферми (рис. 13), что говорит о слабом взаимодействии между буферным слоем и вторым слоем графена. При детальном изучении дисперсии -зон графена вблизи уровня Ферми наблюдается энергетическая щель, шириной около 40 мэВ, которая предположительно также появляется в результате неэквивалентного расположения атомов углерода первого (буферного) слоя графена по отношению ко второму слою, что связано с нарушением планарности буферного слоя. Показано (рис. 14), что буферный слой графена образует химическую связь с поверхностным кислородом, в то время как второй слой отделен от первого областью с исчезающей малой плотностью заряда. Анализ вклада в электронную плотность орбиталей энергетической зоны, пересекающей уровень Ферми показал, что данная зона образована исключительно pz-состояниями углерода из второго слоя графена. Таким образом, можно сделать вывод, что уникальные электронные свойства второго слоя графена на буферном слое слабо меняются под воздействием подложки.
Рисунок 12 - Модель бесконечного интерфейса BLG/-Al2O3(0001)O Рисунок 13 - Зонная структура интерфейса BLG/-Al2O3(0001)O Рисунок 14 - Полная зарядовая плотность в интерфейсе BLG/-Al2O3(0001)O В пятом разделе представлены результаты расчетов зонной структуры и различных свойств объемного MnO, а также поверхностей MnO(001) и MnO(111). В дальнейшем эти расчеты использовались при моделировании интерфейсов графен/MnO(111)Mn, графен/MnO(111)O и графен/MnO(001). Для объемного MnO с антиферромагнитным упорядочением II типа (AFII) были произведены расчеты с использованием ряда приближений (GGA, PBE+U, HF-DFT) для обменнокорреляционной энергии (PBE, PBEsol, PBE0, HSE). Расчеты показали (табл. 3), что гибридные функционалы (особенно PBE0) лучше описывают ширину запрещенной полосы в объемном кристалле, чем все прочие OK функционалы, однако остальные экспериментальные параметры находятся в согласии с GGA-расчетами. Приближение PBE+U лучше описывает ширину запрещенной полосы в кристалле MnO по сравнению со стандартными GGA-функционалами, однако, структурные параметры лучше описываются в приближении PAW-PBE. Лучшее описание особенностей валентной полосы было достигнуто при использовании приближения PAW-PBEsol.
Расчеты полярных поверхностей MnO(111), ограниченных как атомами Mn, так и O оказались возможными благодаря представлению структуры MnO с помощью гексагональной элементарной ячейки (рис. 16).
Таблица 3 - Рассчитанные и экспериментальные значения равновесного параметра ячейки а(), запрещенной полосы g (eV), и спинового магнитного момента m(B) на атоме Mn с использованием различных приближений Величины PBE PBEsol PBE+U PBEsol+U HSE PBE0 Эксп.
a () 4,442 4,380 5,55 5,2 4,41 4,43; 4,44,37a 4,40a g (eV) 0,78 0,78 1,77 1,82 2,09 3,01 3,6-4,2,07a m (B) 4,52 4,47 4,80 4,78 4,73 4,58; 4,4,31a 4,69a 4,52a Примечание: a - данные взяты из работы [9] Поверхность MnO(111) относится к поверхности третьего типа по классификации Таскера [10], поэтому при расчетах поверхности в приближении пластины необходимо учитывать появление дипольного момента, перпендикулярного плоскости поверхности. В работе была применена методика дипольной коррекции, основанная на компенсации искусственного электрического поля в области вакуумной щели [11]. Поверхность, ограниченная Mn (рис. 17) имеет металлический тип проводимости благодаря поверхностной энергетической зоне с параболической дисперсией, пересекающей уровень Ферми для обоих направлений спинов. Данная зона образована поверхностными состояниями марганца sp-типа с вкладом pсостояний кислорода. В приближении PBE+U для подсистемы со спином вверх существует запрещенная полоса шириной ~0,9 эВ, в то время как для подсистемы со спином вниз, поверхность имеет металлический тип проводимости благодаря pсостояниям кислорода и d-состояниям марганца, что говорит о возможности спинполяризованного транспорта на поверхности (111)MnO, ограниченной атомами O.
Далее были исследованы свойства интерфейсов графен/MnO(111)Mn и графен/MnO(111)O, в которых атомный слой марганца или кислорода граничит с графеном. Для совпадения параметров поверхностных элементарных ячеек MnO(111) и графена была использована поверхностная суперячейка (44)графен/(33)MnO(111) (рис. 18) что потребовало организации параллельных вычислений. Было показано, что в интерфейсе графен/MnO(111)Mn в тех позициях, где атомы углерода совпадают с поверхностным марганцем, наблюдается сближение атомов до расстояния в интервале 1,97Е2,22 . При таком сближении атомы образуют общую электронную плотность и гибридные орбитали. В результате взаимодействия с графеном атомы поверхностного марганца испытывают сложную реконструкцию, которая заключается в их группировке по 6 атомов вокруг центрального, связанного с атомом углерода. В приближении PBE+U данный интерфейс характеризуется сохранением планарной структуры графена и равновесным расстоянием между марганцем и графеном порядка 4 .
Рисунок 16 - Представление структуры MnO AFII с Рисунок 17 - Спин-зависимая зонная структура помощью гексагональной поверхности MnO(111) AFII, ограниченной атомагнитной элементарной мами Mn (левая панель) и O (правая панель) ячейки В интерфейсе графен/MnO(111)O атомы С, находящиеся ближе всего над атомами кислорода, по данным расчетов сближаются с поверхностным кислородом на расстояние порядка 1,52Е1,53 (рис. 19), что характерно для длины ковалентной связи. Лист графена стремится занять такое положение относительно поверхностного кислорода, чтобы атомы углерода находились точно над атомами кислорода.
Шестиугольники графена, центрированные на атомах кислорода наоборот, увеличивают расстояние от подложки до 2,91 . В результате, кислород, на котором центрирован гексагон атомов углерода, испытывает небольшую релаксацию вглубь пластины. В дальнейшем был исследован зонный спектр этих интерфейсов. Для подсистемы со спином вверх интерфейса графен/MnO(111)Mn рассчитанного в приближении PAW-PBEsol следует отметить две зоны расположенные вблизи уровня Ферми. Данные зоны являются гибридными и образованы связывающей и антисвязывающей -зонами графена и зоной поверхностных состояний Mn с высокой дисперсией. Взаимодействие графена с подложкой привело к изменению линейного зонного спектра вблизи уровня Ферми и к появлению энергетической щели шириной около 0,15 эВ в точке K. Гибридная зона, пересекающая уровень Ферми (рис.
20, а) является частично заполненной, ее расположение относительно уровня Ферми определяет электронный тип проводимости в интерфейсе и высокую подвижность электронов со спином вверх. Расположение данной зоны относительно уровня Ферми говорит о небольшом переносе отрицательного заряда на графен. Анализ заселенностей орбиталей показал, что углерод принимает дополнительно отрицательный заряд величиной до 0,1 e. В интерфейсе графен/MnO(111)O подложка способствует открытию энергетической щели между связывающей и антисвязывающей -зонами графена шириной 0,13 эВ для электронов со спином вверх и 0,11 эВ для электронов со спином вниз.
Рисунок 19 - Фрагмент пластины Рисунок 18 - Поверхностная супер- моделирующей интерфейс графен/MnO(111)O ячейка интерфейса графен/MnO(111) a) б) в) Рисунок 20 - Спин-зависимая зонная структура интерфейсов графен/MnO(111)Mn в приближении PAW-PBEsol (a), в приближении PAW-PBE+U (б) и интерфейса графен/MnO(111)O в приближении PBE+U (в) a) б) в) Рисунок 21 - Карты полной зарядовой плотности в интерфейсе графен/MnO(111)Mn в приближении PAW-PBEsol (a), в приближении PAWPBE+U (б) и для интерфейса графен/MnO(111)O в приближении PBE+U (в).
Интервал между изоэлектронными контурами 0,06 e/ Дисперсия данных зон по сравТаблица 4 - Эффективные массы носителей в интерфейсах графен/MnO(111) нению с идеальным графеном изменилась. Линейный закон графен/MnO(111)Mn графен/MnO(111)O дисперсии в вершинах зон сме(спин ) (спин ) нился на параболический, что гоme*/m0 0,19 (ГM) 0,12 (KГ) ворит о появлении конечных эф0,20 (ГK) 0,07 (KM) фективных масс носителей. Кроmh*/m0 0,12 (KM) 0,09 (KM) ме того, зоны смещены по энер0,16 (KГ) 0,17 (KГ) гии вверх относительно уровня Ферми на величину порядка 0,5 эВ в результате взаимодействия с интерфейсным кислородом и переносом заряда с атомов С. Анализ эффективных зарядов по Лёвдину показал, что этот перенос заряда составляет величину до 0,16 e. В табл. приведены оценки эффективных масс носителей заряда, полученные из анализа закона дисперсии интерфейсных зон.
Степень взаимодействия графена с подложкой в интерфейсах графен/MnO(111) также оценивалась из распределения электронной плотности на границе раздела.
Для интерфейса графен/MnO(111)Mn (рис. 21, а), рассчитанного в приближении PAW-PBEsol и интерфейса графен/MnO(111)O (рис. 21, в) рассчитанного в приближении PBE+U, наблюдается образование общей электронной плотности между некоторыми атомами углерода и поверхностными атомами подложки, что свидетельствует об образовании химической связи, чего нельзя сказать про интерфейс графен/MnO(111)Mn (рис. 21, б) в приближении PBE+U. В работе были сделаны оценки энергий связи (адсорбции) графена на поверхность MnO(111) исходя из соотношения (2). Оценка для интерфейса графен/MnO(111)Mn дала значение 0,41 эВ/атом в приближении PBEsol и 0,08 эВ/атом в приближении PBE+U в расчете на один атом углерода. Для интерфейса графен/MnO(111)O оценка энергии адсорбции в расчете на атом С дала значение 0,48 эВ/атом.
Далее были исследованы магнитные свойства графена в интерфейсе графен/MnO(111). Особый интерес представляет магнетизм графена, наведенный магнитной подложкой. Выяснилось, что в интерфейсе графен/MnO(111)Mn направления магнитных моментов в основном противоположны направлениям моментов на марганце. Наибольшие значения отрицательных магнитных моментов (-0,09 B) наблюдаются на тех атомах углерода, которые лучше всего связаны с подложкой.
Для них наблюдается перенос отрицательного заряда с подложки величиной 0,05 е, и вокруг этих атомов в слое графена наблюдается локальное магнитное упорядочение. В интерфейсе графен/MnO(111)О все атомы углерода, вступившие в связь с кислородом, имеют отрицательный магнитный момент, совпадающий по знаку с маг нитным моментом приповерхностного марганца. При этом кислород, имеющий связь с углеродом имеет наименьший магнитный момент в слое, что согласуется с результатами работы [12]. Предположительно, ориентация магнитного момента на атомах углерода, связанных с кислородом, происходит по механизму, сходному со сверхобменом. Вокруг этих атомов формируется локальное антипараллельное упорядочение магнитных моментов. С другой стороны, на некоторых атомах углерода, наиболее слабо связанных с подложкой, наблюдается сравнительно большой магнитный момент величиной 0,64 B. В локальном окружении эти атомы имеют по атома углерода, связанных с подложкой и имеющих отрицательные магнитные моменты величиной m = -0,03 B. Установлено, что их большой магнитный момент обусловлен сильной поляризацией p-состояний углерода.
В Заключении сформулированы основные результаты и выводы:
1. Показано, что использование стандартных GGA-обменно-корреляционных функционалов в форме PW91, PBE, BLYP и других при расчете слоистых углеродных структур (графит и двухслойный графен), приводит к некорректному описанию их атомной структуры и энергии связи между слоями атомов. Использование ОК функционала в приближении LDA-PZ и модифицированного функционала GGAPBEsol, наряду с нелокальными корреляционными функционалами, позволяет корректно рассчитать межплоскостное расстояние в графите и графене.
2. Энергия связи графена с подложкой в интерфейсе графен/-Al2O3(0001)Al составляет не более 0,04 эВ/атом в расчете на атом углерода, а равновесное расстояние между поверхностью и атомами С - не менее 2,9 . Данные оценки позволяют говорить о физической адсорбции графена на поверхность -Al2O3(0001)Al, ограниченную алюминием.
3. Влияние подложки в интерфейсе графен/-Al2O3(0001)Al на зонный спектр графена заключается в появлении вблизи дираковской точки энергетической щели шириной около 50 мэВ. Появление щели сопровождается локальным изменением характера дисперсии -зон графена вблизи уровня Ферми с линейного на близкий к параболическому, что приводит к появлению конечных эффективных масс носителей заряда.
4. Графен в интерфейсе графен/-Al2O3(0001)O образует с поверхностными атомами кислорода ковалентную связь, что приводит к искажению его планарной структуры и модификации зонных спектров как поверхности, так и графена с возникновением интерфейсных состояний. Установлено, что энергия связи графена с подложкой в этом же интерфейсе составляет величину Eads= 0,38 эВ в расчете на один атом углерода, что соответствует энергии образования химической связи меж ду некоторыми атомами С и О, а также имеет место перенос отрицательного заряда величиной до 0,15 е с углерода на кислород.
5. Формирование интерфейса графен/-Al2O3(0001)O сопровождается искажением -зон графена и появлением зон интерфейсных состояний в окрестности и на уровне Ферми, что связано с перекрытием p-состояний атомов C и O. Интерфейсные зоны имеют меньшую дисперсию по сравнению с -зонами графена.
6. При адсорбции двойного слоя графена на поверхность -Al2O3(0001), ограниченную кислородом, ближайший к поверхности (буферный) слой графена вступает во взаимодействие с подложкой и образует с ней химическую связь. Второй слой остается на расстоянии порядка 3,4 от первого и сохраняет планарную структуру.
7. Показано, что при расчете полярных поверхностей MnO(111) в приближении пластины возникает наведенный дипольный момент, перпендикулярный поверхности пластины, что приводит к появлению искусственного электрического поля в пространстве вакуумной щели. Предложен рецепт устранения данного электрического поля с использованием процедуры самосогласованной дипольной коррекции.
8. Сближение графена с поверхностью MnO(111) приводит к появлению интерфейсных зон вблизи уровня Ферми. Образование интерфейсных зон вблизи уровня Ферми в двумерных системах графен/MnO(111) обусловлено перекрытием и гибридизацией -зон атомов углерода в графене и поверхностных состояний атомов подложки, наиболее удаленных от атомов углерода. Данные зоны определяют подвижность носителей заряда в интерфейсе.
9. Взаимодействие между атомами углерода в графене и атомами кислорода подложки в интерфейсе графен/MnO(111)O приводит к появлению поляризованных по спину интерфейсных состояний, которые образуют энергетическую щель шириной 0,13 эВ. Благодаря спиновой поляризации интерфейсных состояний с помощью внешнего электрического поля появляется возможность реализации избирательной спиновой проводимости в интерфейсе.
10. Благодаря взаимодействию графена с атомами антиферромагнитной подложки, на атомах углерода появляются индуцированные магнитные моменты.
Ориентация и величина этих моментов напрямую зависит от расположения атомов углерода относительно атомов подложки и равновесного расстояния между ними.
Список цитируемой литературы 1. Semenov, Y.G. Spin field effect transistor with a graphene channel/ Y.G. Semenov, K.W. Kim, J.M. Zavada// Appl. Phys. Lett.-2007.-V.91.-P.153105.
2. Son, Y.-W. Half-metallic graphene nanoribbons/ Y.-W. Son, M.L. Cohen, S.G.
Louie// Nature. - 2006. - V. 444. - P. 347.
3. Kim, S. Realization of a high mobility dual-gated graphene field-effect transistor with Al2O3 dielectric/ S. Kim, J. Nah, I. Jo, D. Shahrjerdi, L. Colombo, Z. Yao, E. Tutuc, S. K. Banerjee// Appl. Phys. Lett.- 2009. - V. 94. - P.062107.
4. Yasev, O.V. Emergence of magnetism in graphene materials and nanostructures/ O.V. Yazev// Rep. Prog. Phys. - 2010. - V. 73. - P. 056501.
5. Blchl, P.E. Projector augmented-wave method / P.E. Blchl // Phys. Rev. B. - 1994. - V. 50. - P. 17953.
6. Ohta, T. Interlayer interaction and Electronic screening in multilayer Graphene, investigated with angle-resolved photoemission spectroscopy/ T. Ohta, A. Bostwick, J.L.
McChesney, T. Seyller, K. Horn, E. Rotenberg / Phys. Rev. Lett. - 2007. - V. 98. - P. 206802.
7. Sherwood P.M.A. Metals having phosphate protective films / P.M.A. Sherwood, J. A. Rotole // U.S. Patent. - 2000. - № 6066403. - P. 4.
8. Finnis, M.W. The theory of metal - ceramic interfaces / M.W. Finnis // J. Phys.:
Condens. Matter. - 1996. - V. 8. - P. 5811.
9. Franchini, C. Density functional theory study of MnO by a hybrid functional approach/ C. Franchini, V. Bayer, R. Podloucky// Phys. Rev. B. - 2005. - V.72. - P.045110. Tasker, P.W. The stability of ionic crystal surfaces/ P.W. Tasker // J. Phys. C: Solid State Phys. - 1979. - V. 12. - P. 4977.
11. Bengtsson L. Dipole correction for surface supercell calculations/ L. Bengtsson // Phys. Rev. B. - 1999. - V. 59. - P. 12301.
12. Ramasubramaniam, A. Substrate-induced magnetism in epitaxial graphene buffer layers / A. Ramasubramaniam, N.V. Medhekar, V.B. Shenoy// Nanotechnology.-2009.V.20.-P.275705.
Список основных публикаций автора 1. Илясов, В.В. Компьютерное моделирование сверхрешеток типа MR/MxMe1-xR/MyMe1-yR (M = B, Al, Si; Me = B, Al, In; R = N, C) на Al2O3 (0001):
структурные и электронные свойства/ В.В. Илясов, Т.П. Жданова, И.Я. Никифоров, И.В. Ершов, Н.В. Пруцакова, И.С. Усик// Труды 4 междунар. науч.-практ. конф.
Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование.-Санкт-Петербург. - 2007. - Т.1. - С. 186-187.
2. Илясов, В.В. Сверхрешетки типа MR/MxMe1-xR/MyMe1-yR (M = B, Al, Si; Me = B, Al, In; R = N, C) на Al2O3 (0001): структурные и электронные свойства/ В.В. Илясов, Т.П. Жданова, И.Я. Никифоров, М.А. Ольховой, И.В. Ершов, И.С. Усик// Труды 10 Междунар. междисциплинар. симп. Упорядочение в минералах и сплавах - ОМА-10.-Ростов-на-Дону-п.Лоо. - 2007. - Т.1. - С. 133-136.
3. Илясов, В.В. Ab initio расчёты зонной структуры и Mn K-XANES спектры в системе MnO/CNTs/ В.В. Илясов, Д.А. Великохатцкий, И.В. Ершов, И.Я. Никифоров, Т.П. Жданова// Труды I Междунар. симп. Физика низкоразмерных систем и поверхностей-LDS-2008. - Ростов-на-Дону-п.Лоо. - 2008. - Т.1. - C. 188-191.
4. Ilyasov, V.V. Zone structure and chemical bonds of two-dimensional system MG/MnO(001): Ab initio study/ V.V. Ilyasov, B.C. Meshi, A.A. Ryzhkin, I.V. Ershov, I.Ya. Nikiforov, D.A. Velikohatzky// Тез. докл. на англ. яз. Междунар. конф. Interna tional workshop on fullerens and atomic clusters - IWFACТ09. - Санкт-Петербург.2009. - P. 253.
5. Илясов, В.В. Зонная структура систем пониженной размерности GaxMe1-xN/ GayMe1-yN/GaN/Al2O3(0001) (Me = Al, In): Ab initio расчеты/ В.В. Илясов, Д.А. Великохатский, И.В. Ершов, И.Я. Никифоров, Т.П. Жданова, И.С. Усик// Фазовые переходы, упорядоченные состояния и новые материалы. -2009. - Т.7. - С. 1-4.
6. Илясов, В.В. Ab initio изучение стабильности и химической связи двумерной системы C/MnO(001)/В.В. Илясов, Д.А. Великохатцкий, И.В. Ершов, И.Я. Никифоров, Т.П. Жданова //Труды 12 Междунар. междисциплинар. симп. Упорядочение в минералах и сплавах - ОМА-12. - Ростов-на-Дону-п.Лоо. - 2009. - Т.1. - С. 193-196.
7. Илясов, В.В. Электронная структура и магнитные свойства двумерной системы C/MnO(001): Ab initio расчеты/ В.В. Илясов, Д.А. Великохатцкий, И.В. Ершов, И.Я. Никифоров, Т.П. Жданова// Фазовые переходы, упорядоченные состояния и новые материалы. - 2010. - Т.2. - С. 1-5.
8. Илясов, В.В. Локализованные электронные состояния и магнитные свойства двумерной системы MG/MnO(001)/ В.В. Илясов, И.В. Ершов, И.Я. Никифоров, Т.П. Жданова// Труды 13 Междунар. междисциплинар. симп. Упорядочение в минералах и сплавах - ОМА-13.-Ростов-на-Дону-п.Лоо. - 2010. - Т.1. - С. 166-19. Илясов, В.В. Зонная структура интерфейса двумерной системы графен/MnO/ В.В. Илясов, И.В. Ершов, И.Я. Никифоров, Т.П. Жданова// Фазовые переходы, упорядоченные состояния и новые материалы. - 2010. - Т.10. - С. 1-4.
10. Илясов, В.В. Изучение возможности синтеза двумерной системы графен/MeO как возможной базы новых материалов для спинтроники/ В.В. Илясов, Б.Ч. Месхи, А.А. Рыжкин, И.В. Ершов, И.Я. Никифоров// Труды I Междунар. симп.
Физика низкоразмерных систем и поверхностей - LDS-2. - Ростов-на-Дону-п.Лоо.
- 2010. - Т.1. - С. 100-103.
11. Илясов, В.В. Синтез фракталов углеродных наноструктур на поверхности оксида алюминия методом лазерной абляции/ В.В. Илясов, Б.Ч. Месхи, А.А. Рыжкин, И.В. Ершов, Г.А. Ковалев, Р.А. Фридрих// Труды Междунар. науч.-техн. конф. и молодеж. шк. - семинара Нанотехнологии-2010. - п. Дивномоское-Таганрог. - 2010. - Т.1. - С. 209-211.
12. Козаков А.Т. Электронное строение монокристаллических феррита висмута и гематита: рентгеноэлектронное исследование и расчет/ А.Т. Козаков, К.А. Гуглев, В.В. Илясов, И.В. Ершов, А.В. Никольский, В.Г. Смотраков, В.В. Еремкин// Физика твердого тела. - 2011. - Т.1. - С. 41-47.
13. Илясов, В.В. Моделирование и синтез планарных наноструктур типа графен/оксид металла для спинтроники/ В.В. Илясов, Б.Ч. Месхи, А.А. Рыжкин, И.В.
Ершов, Г.А. Ковалев, О.В. Илясова, Р.А. Фридрих// Труды всерос. конф. Нано 2011. - Москва. - 2011. - С. 220.
14. Илясов, В.В. Локализованные электронные состояния и магнитные свойства на границе раздела двумерной системы графен/MnO(001)/ В.В. Илясов, И.В. Ершов, И.Я. Никифоров, Т.П. Жданова, Д.А, Великохатцкий// Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2011. - Вып. 8. - С. 50-60.
15. Ershov I.V. Ab initio study of surface states at the graphene /Al2O3(0001) interface/ I.V. Ershov// Тез. объедин. междунар. симп. на англ. яз. Advanced carbon nanostructures - ACN-2011. - Санкт-Петербург. - 2011. - P.77.
16. Ilyasov, V.V. Substrate-induced magnetism in epitaxial single layer graphene/ V.V. Ilyasov, B.C. Meshi, A.A. Ryzhkin, I.V. Ershov, A.V. Ilyasov// Тез. объедин. междунар. симп. на англ. яз. Advanced carbon nanostructures - ACN-2011. - СанктПетербург. - 2011. - P. 82.
17. Илясов, В.В. Первопринципные расчеты параметров химической связи и зонной структуры двумерной системы графен/MnO(001)/ В.В. Илясов, И.В. Ершов, Д.А. Великохатцкий, И.Я. Никифоров, Т.П. Жданова// Журнал структурной химии - 2011. - Т. 52. - Вып. 5. - С. 879-890.
18. Илясов, В.В. Аномалии геометрии поверхности Ферми и транспортных свойств в квазидвумерных ферромагнитных пленках SLG/MnO(001) и MnO(001)/ В.В.Илясов, Б.Ч. Месхи, А.А. Рыжкин, И.В. Ершов, И.Я. Никифоров// Материалы III Междунар. междисциплинар. симп. Среды со структурным и магнитным упорядочением - Multiferroics-3. - Ростов-на-Дону-п.Лоо. - 2011. - С.48-53.
19. Ilyasov, V.V. Localized Electron States and Magnetic Properties at the Interface of a Two-Dimensional Graphene/MnO(001) System/V.V. Ilyasov, I.V. Ershov, I.Ya. Nikiforov, D.A. Velikochazkii, T.P. Zhdanova// J. Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. - 2011. - Vol. 5. - No. 4.- P. 754-763.
20. Илясов, В.В. Поверхностные состояния в интерфейсе двумерной системы графен/Al2O3(0001)/В.В. Илясов, И.В. Ершов// Труды 14 Междунар. междисциплинар. симп. Упорядочение в минералах и сплавах - ОМА-14.-Ростов-на-Донуп.Лоо. - 2011. - Т.1. - С. 134-137.
21. Илясов, В.В. Ab initio исследование адсорбции водорода на поверхности (0001) -Al2O3/ В.В. Илясов, И.В. Ершов// Фазовые переходы, упорядоченные состояния и новые материалы. - 2011. - Т.10. - С. 5-8.
22. Ilyasov, V.V. Materials for spintronics: Magnetic and transport properties of ultrathin (monolayer graphene)/MnO(001) and MnO(001) films/V.V. Ilyasov, B.C. Meshi, A.A. Ryzhkin, I.V. Ershov, I. Ya. Nikiforov, A.V. Ilyasov// Journal of modern physics - 2011. - V.2, P. 1120-1135.
23. Илясов, В.В. Ультратонкие углеродные пленки на сапфире, выращенные методом лазерной абляции: Синтез и АСМ-исследование/ В.В. Илясов, Б.Ч. Месхи, А.А. Рыжкин, И.В. Ершов// Вестник ДГТУ. - 2012. - Вып.1. - С.31-35.