We consider graphene disclination networks (DNs) — periodic distributions of disclination defects. Disclinations manifest themselves as 4-, 5-, 7- or 8-member carbon rings in otherwise 6-member ring ideal 2D graphene crystal lattice. Limiting cases of graphene-like 2D carbon lattices without 6-member motives, i.e., pseudographenes, are also studied. The geometry and energy of disclinated 2D carbon configurations are analyzed with the help of molecular dynamics (MD) simulation technique. A comparison of the obtained MD results with analytical calculations within the framework of the theory of defects of elastic continuum is presented.

1.
K. S.
Novoselov
,
D.
Jiang
,
F.
Schedin
,
T. J.
Booth
,
V. V.
Khotkevich
,
S. V.
Morozov
, and
A. K.
Geim
,
Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A.
102
,
10451
(
2005
).
2.
M. I.
Katsnelson
,
Graphene: Carbon in Two Dimensions
,
Cambridge University Press
,
New York
(
2012
).
3.
C. S.
Ruiz-Vargas
,
H. L. L.
Zhuang
,
P. Y.
Huang
,
A. M.
van der Zande
,
S.
Garg
,
P. L.
McEuen
,
D. A.
Muller
,
R. G.
Henning
, and
J.
Park
,
Nano Lett.
11
,
2259
(
2011
).
4.
G. H.
Lee
,
R. C.
Cooper
,
S. J.
An
,
S.
Lee
,
A.
van der Zande
,
N.
Petrone
,
A. G.
Hammerberg
,
C.
Lee
,
B.
Crawford
,
W.
Oliver
,
J. W.
Kysar
, and
J.
Hone
,
Science
340
,
1073
(
2013
).
5.
H. I.
Rasool
,
C.
Ophus
,
W. S.
Klug
,
A.
Zettl
, and
J. K.
Gimzewski
,
Nature Commun.
4
,
2811
(
2013
).
6.
K. L.
Grosse
,
V. E.
Dorgan
,
D.
Estrada
,
J. D.
Wood
,
I.
Vlassiouk
,
G.
Eres
,
J. W.
Lyding
,
W. P.
King
, and
E.
Pop
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
143109
(
2014
).
7.
L.
Tapaszto
,
P.
Nemes-Incze
,
G.
Dobrik
,
Jae K.
Yoo
,
C.
Hwang
, and
L. P.
Biro
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
053114
(
2012
).
8.
Q.
Yu
,
L. A.
Jauregui
,
W.
Wu
,
R.
Colby
,
J.
Tian
,
Z.
Su
,
H.
Cao
,
Z.
Liu
,
D.
Pandey
,
D.
Wei
,
T. F.
Chung
,
P.
Peng
,
N. P.
Guisinger
,
E. A.
Stach
,
J.
Bao
,
S. S.
Pei
, and
Y. P.
Chen
,
Nature Mater.
10
,
443
(
2011
).
9.
L. A.
Jauregui
,
H.
Cao
,
W.
Wu
,
Q.
Yu
, and
Y. P.
Chen
,
Solid State Commun.
151
,
1100
(
2011
).
10.
D.
Van Tuan
,
J.
Kotakoski
,
T.
Louvet
,
F.
Ortmann
,
J. C.
Meyer
, and
S.
Roche
,
Nano Lett.
13
,
1730
(
2013
).
11.
K.
Kim
,
Z.
Lee
,
W.
Regan
,
C.
Kisielowski
,
M. F.
Crommie
, and
A.
Zettl
,
ACS Nano
5
,
2142
(
2011
).
12.
L. P.
Biro
, and
Ph.
Lambin
,
New J. Phys.
15
,
035024
(
2013
).
13.
K. S.
Kim
,
Y.
Zhao
,
H.
Jang
,
S. Y.
Lee
,
J. M.
Kim
,
K. S.
Kim
,
J.-H.
Ahn
,
Ph.
Kim
,
J. Y.
Choi
, and
B. H.
Hong
,
Nature
457
,
706
(
2009
).
14.
P.
Nemes-Incze
,
P.
Vancso
,
Z.
Osvath
,
G. I.
Mark
,
X.
Jin
,
Y.-S.
Kim
,
Ch.
Hwang
,
Ph.
Lambin
,
Cl.
Chapelier
, and
L. P.
Biro
,
Carbon
64
,
178
(
2013
).
15.
J.
An
,
E.
Voelkl
,
J. W.
Suk
,
X.
Li
,
C. W.
Magnuson
,
L.
Fu
,
P.
Tiemeijer
,
M.
Bischoff
,
B.
Freitag
,
E.
Popova
, and
R. S.
Ruoff
,
ACS Nano
5
,
2433
(
2011
).
16.
L.
Gao
,
J. R.
Guest
, and
N. P.
Guisinger
,
Nano Lett.
10
,
3512
(
2010
).
17.
Y.
Zhang
,
T.
Gao
,
Y.
Gao
,
S.
Xie
,
Q.
Ji
,
K.
Yan
,
H.
Peng
, and
Z.
Liu
,
ACS Nano
5
,
4014
(
2011
).
18.
J.
Lahiri
,
Y.
Lin
,
P.
Bozkurt
,
I. I.
Oleynik
, and
M.
Batzill
,
Nature Nanotechn.
5
,
326
(
2010
).
19.
P.
Kim
,
Nature Mater.
9
,
792
(
2010
).
20.
O. V.
Yazyev
and
S. G.
Louie
,
Phys. Rev. B
81
,
195420
(
2010
).
21.
Y.
Wei
,
J.
Wu
,
H.
Yin
,
X.
Shi
,
R.
Yang
, and
M.
Dresselhaus
,
Nature Mater.
11
,
759
(
2012
).
22.
R.
Grantab
,
V. B.
Shenoy
, and
R. S.
Ruoff
,
Science
330
,
946
(
2010
).
23.
S.
Malola
,
H.
Hakkinen
, and
P.
Koskinen
,
Structural. Phys. Rev. B
81
,
165447
(
2010
).
24.
A.
Mesaros
,
S.
Papanikolaou
,
C.
Flipse
,
D.
Sadri
, and
J.
Zaanen
,
Phys. Rev. B
82
,
205119
(
2010
).
25.
Y.
Liu
and
B. I.
Yakobson
,
Nano Lett.
10 2178
(
2011
).
26.
T.-H.
Liu
,
G.
Gajewski
,
C.-W.
Pao
, and C.-C.
Chang
,
Carbon
49
,
2306
(
2011
).
27.
J.
Zhang
and
J.
Zhao
,
Carbon
55
,
151
(
2013
).
28.
J.
Kotakoski
and
J.
Meyer
,
Phys. Rev. B
85
,
195447
(
2012
).
29.
M.
Akhukov
,
A.
Fasolino
,
Y.
Gornostyrev
, and
M.
Katsnelson
,
Phys. Rev. B
85
,
115407
(
2012
).
30.
A. Y.
Serov
,
Z.-Y.
Ong
, and
E.
Pop
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
033104
(
2013
).
31.
P.
Yasaei
,
A.
Fathizadeh
,
R.
Hantehzadeh
,
A. K.
Majee
,
A.
El-Ghandour
,
D.
Estrada
,
C.
Foster
,
Z.
Aksamija
,
F.
Khalili-Araghi
, and
A.
Salehi-Khojin
,
Nano Lett.
15
,
4532
(
2015
).
32.
Woosun
Jang
,
Kisung
Kang
,
Aloysius
Soon
,
Nanoscale
7
,
19073
(
2015
).
33.
M. A.
Rozhkov
,
A. L.
Kolesnikova
,
T. S.
Orlova
,
L. V.
Zhigilei
, and
A. E.
Romanov
,
Mater. Phys. Mech.
29
,
101
(
2016
).
34.
A. L.
Kolesnikova
,
M. A.
Rozhkov
,
I.
Hussainova
,
T. S.
Orlova
,
I. S.
Yasnikov
,
L. V.
Zhigilei
, and
A. E.
Romanov
,
Rev. Adv. Mater. Science
52
,
91
(
2017
).
35.
Ch.-P.
Tang
and
Sh.-J.
Xiong
,
AIP Adv.
2
,
042147
(
2012
).
36.
A. S.
Kochnev
,
I. A.
Ovid’ko
, and
B. N.
Semenov
,
Mater. Phys. Mech.
21
,
275
(
2014
).
37.
Zh.
Wang
,
X.-F.
Zhou
,
X.
Zhang
,
Q.
Zhu
,
H.
Dong
,
M.
Zhao
, and
A. R.
Oganov
,
Nano Lett.
15
,
6182
(
2015
).
38.
V. D.
Natsik
and
S. N.
Smirnov
,
Fiz. Nizk. Temp.
40
,
1366
[Low Temp. Phys. 40, 1063 (2014)].
39.
A. L.
Kolesnikova
,
T. S.
Orlova
,
I.
Hussainova
, and
A. E.
Romanov
,
Phys. Solid State
56
,
2573
(
2014
).
40.
A. E.
Romanov
,
A. L.
Kolesnikova
,
T. S.
Orlova
,
I.
Hussainova
,
V. E.
Bougrov
, and
R. Z.
Valiev
,
Carbon
81
,
223
(
2015
).
41.
V. D.
Natsik
and
S. N.
Smirnov
,
Fiz. Nizk. Temp.
41
,
271
(
2015
) [Low Temp. Phys. 41, 207 (2015)].
42.
V. D.
Natsik
and
S. N.
Smirnov
,
Fiz. Nizk. Temp.
42
,
268
(
2016
) [Low Temp. Phys. 42, 207 (2016)].
43.
A. L.
Kolesnikova
,
M. Yu.
Gutkin
, and
A. E.
Romanov
,
Rev. Adv. Mater. Science
51
,
130
(
2017
).
44.
A. E.
Romanov
and
V. I.
Vladimirov
, in
Dislocations in Solids
, edited by
F. R. N.
Nabarro
,
North-Holland, Amsterdam
(
1992
).
45.
A. E.
Romanov
and
A. L.
Kolesnikova
,
Progr. Mater. Science
54
,
740
(
2009
).
46.
W. F.
Harris
,
Scientific Amer.
237
,
130
(
1977
).
47.
A. L.
Kolesnikova
and
A. E.
Romanov
,
Phys. Solid State
40
,
1075
(
1998
).
48.
V. G.
Gryaznov
,
J.
Heydenreich
,
A. M.
Kaprelov
,
S. A.
Nepijko
,
A. E.
Romanov
, and
J.
Urban
,
Cryst. Res. Techn.
34
,
1091
(
1999
).
49.
A. E.
Romanov
,
A. L.
Kolesnikova
,
I. S.
Yasnikov
,
A. A.
Vikarchuk
,
M. V.
Dorogov
,
A. N.
Priezzheva
,
L. M.
Dorogin
, and
E. C.
Aifantis
,
Rev. Adv. Mater. Science
48
,
170
(
2017
).
51.
S. J.
Stuart
,
A. B.
Tutein
, and
J. A.
Harrison
,
J. Chem. Phys.
112
,
6472
(
2000
).
53.
E.
Polak
and
G.
Ribiere
,
Revue Frangaise d'Informatique et de Recherche Operationnelle, Serie Rouge
3
,
35
(
1969
).
54.
I. S.
Yasnikov
,
A. L.
Kolesnikova
, and
A. E.
Romanov
,
Phys. Solid State
58
,
1184
(
2016
).
You do not currently have access to this content.