Двухслойный графен – Стоун-Уэльсовский графен: структура, устойчивость и межслоевая теплопроводность

В рамках неортогональной модели сильной связи исследована межслоевая теплопроводность двух несимметричных двухслойных углеродных структур. Один слой первой структуры (эта структура впервые предложена в данной работе) состоит из графена, второй слой – из Стоун-Уэльсовского графена (недавно предложенного аллотропа углерода). Вторая несимметричная структура является двухслойным графеном, один слой которого состоит из изотопа углерода $^{12}$C, второй – из более редкого изотопа $^{13}$C. Показано, что при криогенных температурах межслоевая теплопроводность несимметричных структур более чем на порядок величины ниже, чем у их симметричных аналогов – двухслойного графена и двухслойного Стоун-Уэльсовского графена с одинаковым изотопным составом. Высокая межслоевая теплопроводность симметричных структур по сравнению с несимметричными обусловлена резонансным взаимодействием фононных подсистем отдельных слоев (фононные спектры отдельных слоев в симметричных структурах совпадают, а в несимметричных – различаются). Показано, что в ненапряженной структуре графен – Стоун-Уэльсовский графен графеновый слой является плоским, а слой Стоун-Уэльсовского графена – гофрированным. При двухосном растяжении этой структуры на 5 % оба слоя становятся плоскими. Для ненапряженной и деформированной структуры определены энергия межслоевого притяжения, межслоевое расстояние, энергия активации параллельного сдвига слоев и модуль упругости при вертикальном сжатии.