Modelo de constantes de fuerza interatómicas para el grafeno a partir del potencial LCBOPII

Abstract

En en campo de la electrónica, debido a sus excelentes propiedades eléctricas y mecánicas, el grafeno se ha convertido en el material más prometedor para la creación de la próxima generación de componentes electrónicos. Dado que estas propiedades están influenciadas por la presencia de defectos topológicos en el material y que estos condicionan así sus futuras aplicaciones, se hace necesario disponer de un modelo de comportamiento del grafeno que permita incluir dichos defectos. Por ello, en este trabajo se presenta un modelo de fuerzas interatómicas a partir del potencial LCBOPII (Long-range Carbon Bond-Order Potential II), desarrollado por Jan H. Los et al. [1], que incluye interacciones atómicas hasta vecinos de orden cuarto. Se han obtenido, y comparado con lo publicado por otros autores, tanto los valores de las constantes de fuerza como las curvas de dispersión de fonones, que muestran un buen acuerdo con las presentadas en otros trabajos. Además, como aplicación del modelo, se han definido dislocaciones discretas en la red de grafeno, siguiendo la teoría discreta de dislocaciones de Ariza y Ortiz [2], calculando sobre las mismas los desplazamientos atómicos y la energía asociada a la evolución de dipolos y cuadrupolos en grafeno.

In the field of electronics, due to its excellent mechanical and electrical properties, graphene has become the most promising material for the production of next generation thin and flexible electronic components. However, these properties depend on the presence of topological defects in the graphene lattice. In order to provide a model of graphene behavior that allows to know the creation and evolution of some of these defects, we present an atomic force-constants model from the LCBOPII potential (Long-range Carbon Bond-Order Potential II), by Jan H. Los et al. [1], that accounts for interatomic interactions up to fourth neighbors. We have obtained explicit expressions of the potential derivatives as well as the force-constant values, from which we have computed the phonon dispersion curves by applying dynamics of crystal lattices, which are used to verify the model when they are compared with experimentally curves. In addition, we have applied discrete dislocations to the graphene lattice, following the discrete dislocations theory developed by Ariza and Ortiz [2], and we have calculated the atomic displacements and the energy associated with the evolution of dipoles and quadrupoles in graphene.