Stone-Wales transformations triggered by intrinsic localized modes in carbon nanotubes

Abstract

The crucial role of intrinsic localized modes ͑ILMs͒ in the atomic scale as a trigger of defect nucleation was studied using molecular-dynamics simulations for a ͑5,5͒ armchair carbon nanotube ͑CNT͒ under axial tension. A localized vibration at a pair of neighboring atoms was found to be the ILM, which simultaneously produces an intense concentration of kinetic energy, even in the structurally homogeneous CNT. The excited ILM was gradually amplified by the nonlinearity of C-C interaction. The amplified ILM, then, drove the breaking of the on-site C-C bond, which leads to the Stone-Wales transformation producing a topological defect consisting of two pentagons and two heptagons coupled in pairs. This signifies that mechanical instability can be activated by the ILMs. Such mechanism is expected to apply to other mechanical instabilities, e.g., as an origin of phase transformations in silicon under hydrostatic pressure.

Energy transfer in strained graphene assisted by discrete breathers excited by external ac driving

“…It has been shown that graphene and graphane support DBs [33][34][35][36][37] . The first theoretical studies on DBs in graphene and carbon nanotubes have been done by Japanese researchers [38][39][40][41][42][43] . In their studies the DBs with frequencies above the phonon spectrum were identified.…”

Gap discrete breathers in 2D and 3D crystals

“…В работах [6,[8][9][10][12][13][14][15][18][19][20][21][22][23][24][25] ставилась задача ис-следования свойств ДБ при использовании реалистич-ных межатомных потенциалов. Были изучены двухком-понентные кристаллы с потенциалами Морзе с учетом дальнодействующих взаимодействий [8,21,22], с ион-но-ковалентной связью [6,9,25], а также углеродные нанотрубки и графен [12][13][14][15].…”

“…Были изучены двухком-понентные кристаллы с потенциалами Морзе с учетом дальнодействующих взаимодействий [8,21,22], с ион-но-ковалентной связью [6,9,25], а также углеродные нанотрубки и графен [12][13][14][15]. Полученные результаты свидетельствуют о мягком типе нелинейности во всех исследованных кристаллах.…”

“…Один из таких процессов связан с модуляционной неустойчиво-стью коротковолновых фононных мод, приводящей к локализации энергии в виде ДБ [35]. Данный механизм оказался достаточно общим, с его помощью удается воз-будить ДБ не только в одномерных, но и в двумерных решетках [31], а также в двумерных и трехмерных кри-сталлических решетках с реалистичными межатомными потенциалами [8,9,12,13].…”

“…В настоящей работе из многочисленных приложений, где ДБ играют важную роль, будут обсуждаться физика конденсированного состояния [5][6][7][8][9][10] и материаловедение [2,11], включая свойства наноразмерных полиморфов углерода [12][13][14][15].…”