[論文レビュー] 2D Radial Distribution Function of Silicene

M. R. Chávez-Castillo, M. A. Rodríguez‐Meza+1 more|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|Dec 21, 2011

Advanced Physical and Chemical Molecular Interactions参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、Lennard-Jonesポテンシャルを用いた2次元分子動力学シミュレーションを用いて、シリセンの構造的安定性を調査した。その結果、さまざまな温度および密度条件下でも、シリセンの径方向分布関数（RDF）が、FCC結晶の(111)面と類似した形状を示した。この系は非常に優れた熱的安定性を示し、液体相は非常に高い温度でのみ出現するため、2次元封入下でのシリセンの融点は高いことが示唆された。

ABSTRACT

Silicene is the counterpart of graphene and its potential applications as a part of the current electronics, based in silicon, make it a very important system to study. We perform molecular dynamics simulations and analyze the structure of a two dimensional array of Si atoms by means of the radial distribution function, at different temperatures and densities. As a first approach, the 2D Lennard-Jones potential is used and two sets of parameters are tested. We find that the radial distribution function does not change with the parameters and resembles the corresponding to the (111) surface of the FCC structure. The liquid phase appears at very high temperatures, suggesting a very stable system in the solid phase.

研究の動機と目的

• 自由状態のシリセンの構造的性質を分子動力学シミュレーションを用いて調査すること。
• 温度および密度が2次元Si格子の径方向分布関数（RDF）に与える影響を分析すること。
• 2種類の異なるLennard-Jonesパラメータセット（IEおよびSW）が、系の構造的応答に与える影響を評価すること。
• シリセンの相安定性、特に融解の開始時期を特定すること。
• 今後のより高精度なポテンシャルを用いた研究の基盤となる、2次元封入下におけるシリセンの構造的挙動の基礎的理解を提供すること。

提案手法

• 周期的境界条件の下で、単層のケイ素原子に対して2次元分子動力学シミュレーションを実施した。
• 2次元形式のLennard-Jonesポテンシャルを用い、ボイドケイ素用の2種類の異なるパラメータセット（IE：InceとErkoc、SW：Stillinger-Weber）を適用した。
• さまざまな密度および温度における局所原子配列と構造的特徴を分析するため、径方向分布関数（RDF）を計算した。
• 異なるパラメータセット間での比較を可能にするために、次元なしの次元削減単位（ρ* および T*）を用い、実際の単位は既知の物理定数を用いて変換した。
• 結晶相、中間相、液体的挙動を特定するために、RDFのピーク位置、幅、形状を分析した。
• シミュレーションは、固体、遷移、液体領域をカバーする複数の密度（ρ* = 0.459–0.907）および温度（T* = 0.0092–0.1987）で実施された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 さまざまな温度および密度条件下で、シリセンの径方向分布関数（RDF）は、既知の結晶構造とどのように比較できるか？
• RQ2 異なるLennard-Jonesパラメータセット（IEおよびSW）が、2次元シリセンの構造的性質に与える影響はどの程度か？
• RQ3 RDFの変化に基づくと、2次元シリセンの固体相から液体相への転移は、どの温度で発生するか？
• RQ4 2次元シリセン系は、FCCの(111)面に類似した安定した結晶構造を示すか？グラフェンと比較するとどうなるか？
• RQ5 密度の上昇がRDFに与える影響、特に高次ピークの消失にどのように影響し、構造的秩序に何を示唆するか？

主な発見

• シリセンの径方向分布関数（RDF）は、FCC構造の(111)面と非常に類似しており、2次元密な六角格子構造を示していることがわかった。
• RDFは、IEおよびSWの2つのパラメータセット間でほとんど変化せず、このモデルにおいてLennard-Jonesパラメータの選択に敏感でないことが示された。
• 低温（T* ≈ 0.0092）では、RDFピークが鋭く明確に定義されており、安定した結晶性固体相の特徴である。
• 非常に高温（T* ≈ 0.1987）でも、RDFの全体的な形状は維持され、ピークが広がるが、構造の持続性と高い熱的安定性を示している。
• 液体相は非常に高い温度（T* > 0.15）でのみ観察され、2次元封入下でのシリセンの融点が非常に高いことが示唆された。
• 高密度（IEのρ* = 0.907）では、第二および第三RDFピークが顕著に減少し、特に低温で顕著になる。これは長距離秩序の喪失と不規則性の増加を示している。