Моделирование материалов на атомном уровне

Число
публикаций
Общее число
цитирований
Индекс
Хирша
146
4592
29
147
4566
29
139
4387
28
Необходимо авторизоваться.

Организация

  • Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

Области науки

  • Нанотехнологии
  • Молекулярное моделирование
  • Физика конденсированного состояния
Команда лаборатории

Чем мы занимаемся?

Мы занимаемся решением широкого спектра задач в области материаловедения с использованием квантово-химических методов моделирования.

https://www.sorokingroup.xyz/

Используемые методы

  • Теория функционала плотности (DFT)
  • Молекулярная динамика и квантово-химические расчеты
  • Квантовая молекулярная динамика
  • Теория квантовой механики/молекулярной механики (КМ/ММ)
Павел Сорокин
Заведующий лабораторией
Любовь Антипина
Старший научный сотрудник
Инженер
Сергей Ерохин
Младший научный сотрудник

Направления исследований

Химически индуцированный фазовый переход в низкоразмерных структурах

+

Контролируемое изменение структуры наноматериалов на атомном уровне является важнейшей задачей современного материаловедения. Влияние поверхности выражается в необходимости учёта размера наноструктур при описании их стабильности. Особенно отчётливо данная проблема проявляется при исследовании фазовой трансформации наноматериалов, когда их энергия начинает зависеть не только от внешних условий, но и от вклада поверхностных эффектов. Например, классическая фазовая диаграмма Банди углерода меняется при уменьшении толщины углеродной плёнки, давление фазового перехода графит-алмаз увеличивается, что отражает увеличение нестабильности алмаза при уменьшении его размера. При достижении атомарной толщины алмазные плёнки должны демонстрировать ряд крайне привлекательных физических свойств, однако их синтез требует принципиально иных подходов. Естественным для сегодняшней науки кажутся два пути синтеза наноматериала: способы «сверху-вниз» и «снизу-вверх». Способ «сверху-вниз», когда макроскопический материал разделяется до необходимой наноструктуры, не рассматривался, поскольку, вероятно, является невозможным получение алмазных плёнок нанометровой толщины путём разделения кристалла алмаза. Способ «снизу-вверх» (необходимая наноструктура синтезируется из наноструктур меньших размеров), кажется, для данного случая наиболее привлекательным, хотя и, безусловно, требует преодоления ряда нетривиальных научных проблем. Традиционный метод химического осаждения из газовой фазы неприменим для решения задачи получения алмазов атомарной толщины из-за высокой скорости роста алмазных слоёв и их неоднородности на атомном уровне. Поэтому в данной работе будет рассмотрен другой вариант получения алмазных плёнок, когда исходным материалом является не пар, а двухслойная графеновая плёнка. Образование алмазных пленок происходит путём контролируемой химической реакции двух графеновых листов со сторонними атомами – главным образом водородом или фтором. Такой способ будет опробован нами экспериментально, а теоретически мы детально изучим механизм трансформации графеновых слоёв не только в случае бислойного графена, но также и других структур на основе слабо связанных слоёв – двухслойных углеродных нанотрубок и родственных наноматериалов.

Исследование новых классов наноматериалов с необычной структурой: плёнки моноатомной толщины на основе d-металлов и квазиодномерные ван-дер-ваальсовые нанопровода и наноленты состава M2X3 и M2X3Y8

+

В проекте будут изучены стабильность и свойства нового класса наноматериалов с особой атомной структурой, определяемой низкой размерностью. Новизна проекта в первую очередь обуславливается выбором объектов исследования, систематическое изучение и описание которых (несмотря на их перспективность) до сих пор не было проведено. Мы предлагаем впервые исследовать два семейства материалов, каждое из которых имеет свои привлекательные свойства: плёнки моноатомной толщины на основе ряда металлов и квазиодномерные структуры бинарного M2X3 и тернарного M2X3Y8 составов. В проекте будет проведено комплексное теоретическое изучение структуры и физико-химических свойств таких объектов, а также будет осуществлено предсказание механизмов их получения и определение потенциальных областей применения. Полученные данные значительно расширят фундаментальные знания о низкоразмерных наноматериалах, позволят всесторонне описать их потенциальные свойства, а результаты проекта станут базой для дальнейшего проведения контролируемого синтеза наноструктур c необходимым составом и свойствами, что, несомненно, вызовет интерес научного сообщества к данной проблеме и может перевести развитие области синтеза низкоразмерных материалов на новый уровень.

Экспериментальное и численное исследование наноструктурированных материалов на основе графена и его соединений

+

Проект посвящён развитию новых средств получения наноструктурированных материалов и исследованию новых материалов на основе графена с электрическими, механическими и оптическими свойствами, перспективными для различных приложений. Исследование создаваемых материалов будет осуществлено не только экспериментально, но и с привлечением численных методов моделирования. Для успешного развития графеновой электроники крайне важно понимание физики влияния различных особенностей структуры материала на его электрические и оптические свойства. Такими особенностями могут быть края, границы раздела между областями с различными параметрами решётки, механические напряжения.

+

Публикации и патенты

Two-Dimensional Diamond—Diamane: Current State and Further Prospects
Sorokin P.B., Yakobson B.I.
Q1 Nano Letters 2021 цитирований: 4
Quantum Transport of the 2D Surface State in a Nonsymmorphic Semimetal
Liu X., Yue C., Erohin S.V., Zhu Y., Joshy A., Liu J., Sanchez A.M., Graf D., Sorokin P.B., Mao Z., Hu J., Wei J.
Q1 Nano Letters 2021 цитирований: 3
Nano-Thermodynamics of Chemically Induced Graphene–Diamond Transformation
Erohin S.V., Ruan Q., Sorokin P.B., Yakobson B.I.
Q1 Small 2020 цитирований: 8
Open Access
Open access
Young's Modulus and Tensile Strength of Ti3C2MXene Nanosheets As Revealed by in Situ TEM Probing, AFM Nanomechanical Mapping, and Theoretical Calculations
Firestein K.L., von Treifeldt J.E., Kvashnin D.G., Fernando J.F., Zhang C., Kvashnin A.G., Podryabinkin E.V., Shapeev A.V., Siriwardena D.P., Sorokin P.B., Golberg D.
Q1 Nano Letters 2020 цитирований: 18
On the Edge of Bilayered Graphene: Unexpected Atomic Geometry and Specific Electronic Properties
Erohin S.V., Chernozatonskii L.A., Sorokin P.B.
Q1 Journal of Physical Chemistry Letters 2020 цитирований: 1
Graphene/Half-Metallic Heusler Alloy: A Novel Heterostructure toward High-Performance Graphene Spintronic Devices
Li S., Larionov K.V., Popov Z.I., Watanabe T., Amemiya K., Entani S., Avramov P.V., Sakuraba Y., Naramoto H., Sorokin P.B., Sakai S.
Q1 Advanced Materials 2020 цитирований: 7

Местонахождение лаборатории

Ленинский пр 4, каб. Б-435а
Необходимо авторизоваться.