Nghiên cứu bằng mô phỏng động lực học phân tử về ảnh hưởng của quá trình làm lạnh và tính ổn định nhiệt của vật liệu Penta-Silicene

 TẠP CHÍ KHOA HỌC 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH 
Tập 16, Số 9 (2019): 309-322 
HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATION 
JOURNAL OF SCIENCE 
Vol. 16, No. 9 (2019): 309-322 
ISSN: 
1859-3100  Website:  
309 
Bài báo nghiên cứu 
NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHỎNG ĐÔṆG LỰC HOC̣ PHÂN TỬ 
 VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH 
VÀ TÍNH ỔN ĐIṆH NHIỆT CỦA VÂṬ LIÊỤ PENTA-SILICENE* 
Huỳnh Anh Huy1*, Nguyễn Trường Long1, Trương Quốc Tuấn2, 
Lê Thị Phúc Lộc2, Ông Kim Lẹ2, Nguyễn Hoàng Giang3,4, Võ Văn Hoàng5 
1 Bộ môn Sư phạm Vật lí – Khoa Sư phạm, Trường Đại học Cần Thơ 
2 Bộ môn Vật lí – Khoa Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Cần Thơ 
3 Phòng Thí nghiệm Vật lí tính toán, Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG TPHCM 
4 Nhóm nghiên cứu Tính toán Vật lí-Vật liệu – Viện Tiên tiến về Khoa học Vật liệu, Trường Đại học Tôn Đức Thắng 
5Khoa Khoa học Ứng dụng – Trường Đại học Tôn Đức Thắng 
*Tác giả liên hệ: Huỳnh Anh Huy – Email: hahuy@ctu.edu.vn 
Ngày nhận bài: 19-02-2019; ngày nhận bài sửa: 25-3-2019; ngày duyệt đăng: 11-4-2019 
TÓM TẮT 
Nghiên cứu được thực hiện trên các mô hı̀nh 2 chiều của vâṭ liêụ penta-silicene thu được 
qua quá trình nén dưới áp suất cao từ traṇg thái vô điṇh hı̀nh. Phương pháp mô phỏng động lực 
học phân tử được áp dụng cho quá trình làm lạnh từ 1000 K đến 300 K, sau đó được hồi phục theo 
thời gian (ủ nhiệt). Cấu trúc và tính chất nhiệt động của các mô hình được phân tích qua hàm phân 
bố xuyên tâm, phân bố số phối vị, góc liên kết, số vòng liên kết, khoảng cách giữa các nguyên tử, 
năng lượng và nhiệt dung riêng. Kết quả cho thấy, quá trình làm lạnh chậm đã làm tăng cường cấu 
trúc tinh thể của vật liệu. Sự ổn định nhiệt của mô hình cũng được chứng tỏ, vật liệu penta-silicene 
có thể được điều khiển bằng áp suất để có được cấu trúc theo ý muốn. Qua đó, nghiên cứu cho thấy 
đươc̣ khả năng áp duṇg vào thưc̣ tế của việc chế tạo vâṭ liêụ 2 chiều này. 
Từ khóa: vật liệu penta-silicene, tác động của làm lạnh, tính ổn định nhiệt, vật liệu mật độ cao. 
1. Phần mở đầu 
Trong công nghệ vật liệu mới hiện nay, các nhóm vật liệu hai chiều là một trong 
những đối tượng nghiên cứu mới mẻ và thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Với sự 
chế tạo thành công vật liệu graphene 2 chiều dựa trên những tính toán lí thuyết, nhiều dạng 
vật liệu đơn lớp nguyên tử và các hợp chất 2 chiều tương tự đã được tìm ra (Lay, 2015). 
Vật liệu silicon là dạng vật liệu phổ biến nhất trong ngành công nghệ bán dẫn và việc chế 
tạo thành công dạng 2 chiều của các nguyên tử silicon (được gọi là silicene) mang đến 
Cite this article as: Huynh Anh Huy, Nguyen Truong Long, Truong Quoc Tuan, Le Thi Phuc Loc, Ong Kim 
Le, Nguyen Hoang Giang, & Vo Van Hoang (2019). A molecular dynamics study of the cooling effect and 
thermal stability on monolayer of Penta-Silicene. Ho Chi Minh City University of Education Journal of 
Science, 16(9), 309-322. 
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Tập 16, Số 9 (2019): 309-322
310 
nhiều tiềm năng lớn trong việc phát triển thế hệ bán dẫn mới (Tao et al., 2015; Vogt et al., 
2012). Silicene có dạng lưới tổ ong tương tự như graphene, tuy nhiên cấu trúc của silicene 
không phẳng mà có độ nhấp nhô (buckling) rất khác biệt. Ngoài ra, silicene cũng có toàn 
bộ các ưu điểm của vật liệu silicon dạng khối như đặc tính về cấu hình electron, ái lực đẳng 
hướng và có thể dễ dàng được đưa vào việc chế tạo trong thực tế do sự tương thích với 
công nghiệp bán dẫn hiện hành. Đó là lí do tại sao silicene đang thu hút sự nghiên cứu của 
thế giới và hiện chúng ta đã tìm ra nhiều đặc tính ưu việt trong ứng dụng về vật liệu sắt từ, 
bán kim loại, hiệu ứng Hall lượng tử, từ trở khổng lồ, quang điện tử, điện tử spin và vật 
liệu siêu dẫn (Jose, & Datta, 2011; Liu, Feng, & Yao, 2011; Rachel, & Ezawa, 2014; Zhao, 
2016). Với hi vọng là vật liệu thay thế silicon dạng khối, silicene sẽ là cánh cổng dẫn đến 
các linh kiện điện tử ở cấp độ nano. Từ đó, cấu trúc 2 chiều dạng nhấp nhô của silicene và 
các cấu hình dựa trên Si như SiC, silicene 2 lớp, silicene có sai hỏng... đã được tìm hiểu 
qua các nghiên cứu vật lí tính toán và thực nghiệm (Kara et al., 2012; Oughaddou, 2015; 
Mas-Ballesté, Gómez-Navarro, Gómez-Herrero, & Zamora, 2011). 
Dạng cấu trúc không ổn định 2 chiều của silicene gắn liền với vật liệu vô định hình 
và chất lỏng làm lạnh nhanh hiện đã được một số nghiên cứu khẳng định về mặt lí thuyết 
và thực nghiệm (Gao, & Zhao, 2012; Vo, & Nguyen, 2016; Liu, Gao, & Zhao, 2014; Xu et 
al., 2014). Thông qua mô phỏng MD với hàm thế tương tác Stillinger-Weber (SW), dạng 
vô định hình của silicene được tìm ra ứng với tốc độ làm lạnh sK /102 13 trong một 
công bố của Vo và Nguyen (2016). Kết quả đó đã cho thấy được cấu trúc vô định Hình 2 
chiều của silicene rất phức tạp gồm nhiều dạng vòng liên kết chủ yếu từ vòng 3 đến vòng 
6. Ngoài ra, một nghiên cứu của Deb et al. (2001) đã cho thấy sự chuyển pha của silicene 
vô định hình do tác động của áp suất giữa pha mật độ thấp và pha mật độ cao kèm theo 
chuyển pha lỏng-vô định hình ở khoảng 900K đến 1300K. Gần đây, nghiên cứu bằng 
phương pháp mô phỏng MD về quá trình nén đẳng nhiệt của các dạng cấu trúc không ổn 
định hai chiều của Silic đã cho thấy sự xuất hiện của dạng silicene chỉ gồm vòng 5 (penta-
silicene) và chỉ gồm vòng 4 (tetra-silicene) (Huynh et al., 2019). Tính toán này cũng chỉ ra 
mối quan hệ bất thường trong giản đồ pha của vật liệu hai chiều có mật độ cao, điều này đã 
được đề nghị trong các nghiên cứu về chuyển pha làm lạnh nhanh – rắn của nước (Gao, 
Giovambattista, & Sahin, 2018; Raju, Duin, & Ihme, 2018). Dựa vào các kết quả được nói 
đến ở trên, mục tiêu của công bố này là làm rõ hơn về cấu trúc penta-silicene khi được làm 
lạnh để đánh giá về khả năng ổn định của vật liệu này ở vùng nhiệt độ thấp và theo thời gian. 
Kết quả nghiên cứu này sẽ góp phần làm rõ hơn về tác động của quá trình làm lạnh lên vật 
liệu 2 chiều và đánh giá tính khả thi của vật  ... inh là ưu thế hơn ở áp suất càng cao trong nghiên cứu (Huynh et al., 2019). 
Bảng 2. Phân bố số phối vị và số vòng liên kết của các mô hình 
 ở 1000K và 300K (Z là số phối vị, n là dạng vòng) 
Phân bố số phối vị Phân bố vòng liên kết 
Z 1000K P cao 
1000K 
P thấp 
300K 
P cao 
300K 
P thấp n 
1000K 
P cao 
1000K 
P thấp 
300K 
P cao 
300K 
P thấp 
2 0.0006 0.0037 0.0002 0.0005 3 0.03358 0.06391 0.0103 0.0153 
3 0.6256 0.6559 0.6427 0.6592 4 0.14431 0.14657 0.0952 0.0508 
4 0.3722 0.3397 0.3570 0.3401 5 0.9561 0.92161 0.9767 0.9799 
5 0.0016 0.0007 0.0001 0.0002 6 0.00445 0.08241 0.0032 0.0223 
 7 0.00014 0.001 0 0.0004 
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Huỳnh Anh Huy và tgk 
317 
3.3. Sự ổn định nhiệt ở 300K 
Sự ổn định nhiệt của các mô hình penta-silicene trong quá trình hồi phục trong thời 
gian dài ở cùng nhiệt độ 300K được cho bởi đồ thị năng lượng – thời gian ở Hình 5. 
Hình 5. Sự phụ thuộc thời gian của năng lượng hệ trong quá trình hồi phục 
Bảng 3. So sánh sự thay đổi của số vòng liên kết khi hồi phục 
Mô hình áp suất cao ở 300K Mô hình áp suất thấp ở 300K 
n Chưa hồi phục 
Hồi 
phục 
t = 1ns 
Hồi 
phục 
t = 3ns 
Hồi 
phục 
t = 5ns 
n Chưa hồi phục 
Hồi 
phục 
t = 1ns 
Hồi 
phục 
t = 3ns 
Hồi 
phục 
t = 5ns 
3 0.0083 0.009 0.0092 0.0096 3 0.0188 0.0201 0.02 0.0153 
4 0.0992 0.096 0.0916 0.0961 4 0.0556 0.0515 0.0525 0.0508 
5 0.9759 0.9767 0.9776 0.9755 5 0.9793 0.979 0.9796 0.9799 
6 0.0029 0.0033 0.0045 0.0042 6 0.0217 0.022 0.021 0.0223 
Chúng ta dễ dàng nhận ra sự dao động của năng lượng trong quá trình hồi phục, do 
đó hai đường fit tuyến tính được sử dụng để đánh giá xu hướng chung của năng lượng hệ 
theo thời gian. Ở áp suất cao, đường tuyến tính gần như không thay đổi trong suốt thời gian 
hồi phục. Mặt khác, đường tuyến tính lại có xu hướng giảm đi rất chậm ở áp suất thấp. 
Điều đó thể hiện mô hình có độ nén thấp không ổn định so với mô hình nén ở áp suất cao. 
Tuy vậy, sự suy giảm này rất chậm vì thế không có sự thay đổi nào về cấu trúc được tìm ra 
trong quá trình ủ nhiệt này (ngược lại với vật liệu vô định hình ở mật độ thấp sẽ chuyển 
dần về dạng tinh thể). 
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Tập 16, Số 9 (2019): 309-322
318 
Hình 6. Biểu diễn dạng thù hình 2 chiều của penta-silicene 
và các dạng sai hỏng đặc trưng ở áp suất cao (trên) và áp suất thấp (dưới) 
Theo như số liệu phân tích vòng liên kết ở Bảng 3 và quan sát biểu diễn hai chiều ở 
Hình 6, kết luận về tính ổn định của penta-silicene cho thấy rằng mô hình sẽ có dạng đồng 
nhất với điều kiện áp suất tương đối cao (kết quả mô phỏng thấp nhất ở 16GPa). Điều này 
đã chứng thực dạng thù hình mới của pha hai chiều trong nhóm vật liệu Si. Ngoài ra, dạng 
sai hỏng trong penta-silicene có thể được điều khiển qua thay đổi áp suất: (i) Sai hỏng bậc 
6 dạng đơn và dạng cụm có thể thu được ở điều kiện áp suất thấp do quá trình chuyển pha 
vô định hình – penta-silicene chưa hoàn thiện; (ii) Sai hỏng vòng 4 và cả vòng 3 sẽ thu 
được ở áp suất cao do ưu thế của lai hóa sp3 ứng với số phối vị cao ở vùng áp suất/nhiệt độ 
cao. Các nghiên cứu về tác động sai hỏng lên cấu trúc vùng năng lượng của penta-silicene 
còn hạn chế và hầu hết các tính toán DFT đều mới chỉ thực hiện với cấu trúc vòng 5 dạng 
“Cairo-tiling” hoàn hảo (Ding, & Wang, 2015; Sun, Mukherjee, & Singh, 2016; Xu et al., 
2015). Vì thế, các tính toán về sai hỏng của nghiên cứu này có thể được áp dụng và đánh 
giá bởi các nghiên cứu lượng tử trong tương lai. 
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Huỳnh Anh Huy và tgk 
319 
4. Kết luận 
Thông qua việc tính toán bằng phương pháp mô phỏng MD với thế tương tác SW, 
tác động của quá trình làm lạnh và sự ổn định nhiệt của mô hình silicene ở hai cấp độ nén 
khác nhau đã được làm rõ. Các kết quả quan trọng được trình bày như sau: 
 Chúng tôi đã chỉ ra rằng nhiệt dung riêng của mô hình ở áp suất cao thể hiện sự tăng 
bất thường khi làm lạnh tương tự như ở trường hợp của băng đá ở mật độ cao. Mối quan hệ 
không tuyến tính của áp suất và nhiệt độ cũng được phân tích và so sánh với các vật liệu 
khác. 
 Pha tinh thể dạng vòng 5 của penta-silicene sau quá trình làm lạnh và ủ nhiệt đã đạt 
trạng thái trật tự tốt hơn hẳn, khoảng cách liên kết Si-Si và độ nhấp nhô của dạng lưới 
silicene ở trạng thái áp suất cao được xác định. 
 Nhiều kết quả cho thấy tác động nén đã làm giảm khoảng cách liên kết nguyên tử và 
làm tăng cường độ nhấp nhô của mô hình hai chiều quanh trục z. 
 Dạng cấu trúc vòng 5 penta-silicene vẫn còn tồn tại các dạng sai hỏng phụ thuộc 
nhiều vào điều kiện nén: Dạng sai hỏng vòng 6 (dạng đơn hoặc cụm) được tìm thấy nhiều 
ở áp suất nén thấp còn dạng sai hỏng vòng tam giác và vòng vuông được tìm thấy ở cả hai 
điều kiện. 
 Kết quả nghiên cứu cũng đã đề xuất sự ổn định của cấu trúc penta-silicene ở điều 
kiện nhiệt độ thấp. Điều đó có ý nghĩa trong việc chế tạo vật liệu này trong thực tế với điều 
kiện áp suất và nhiệt độ có thể đạt được. Đây là cơ sở để phát triển dạng vật liệu mới này 
trong khoa học và kĩ thuật. 
 Tuyên bố về quyền lợi: Các tác giả xác nhận hoàn toàn không có xung đột về quyền lợi. 
 Lời cảm ơn: Kết quả nghiên cứu được Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia 
tài trợ qua đề tài mã số 103.02.2016.88. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Bolmato, D., Brazhkin, V.V., & Trachenko, K. (2013). Thermodynamic behaviour of supercritical 
matter. Nat. Commun. 4, 2331. 
Corsini, N. R. C., Zhang, Y., Little, W. R,, & Sapelkin, A. (2015). Pressure-induced 
amorphization and a new high density amorphous metallic phase in matrix-free Ge 
nanoparticles. Nano Lett. 15, 7334-7340. 
Cranford, S.W. (2016). When is 6 less than 5? Penta-to hexa-graphene transition. Carbon 96, 
421-428. 
Deb, S. K., Wilding, M., Somayazulu, M., & McMillan, P. F. (2001). Pressure-induced 
amorphization and an amorphous-amorphous transition in densified porous silicon. Nature 
414, 528. 
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Tập 16, Số 9 (2019): 309-322
320 
Ding, Y., & Wang, Y. (2015). Hydrogen-induced stabilization and tunable electronic structures of 
penta-silicene: a computational study. J. Mat. Chem. C 3, 11341-11348. 
Caupin, F. (2015). Escaping the no man's land: Recent experiments on metastable liquid water. J. 
Non. Crys. Sol. 407, 441-448. 
Gao, J., & Zhao, J. (2012). Initial geometries, interaction mechanism and high stability of silicene 
on Ag (111) surface. Sci. Rep. 2, 861. 
Gao, Z., Giovambattista, N., & Sahin O. (2018). Phase Diagram of Water Confined by Graphene. 
Sci. Rep. 8, 6228. 
Huang, S., Kang, W., &Yang L. (2013). Electronic structure and quasiparticle bandgap of silicene 
structures. Appl. Phys. Lett. 102, 133106. 
Humphrey, W., Dalke, A. & Schulten, K. (1996). VMD: visual molecular dynamics. J. Mol. 
Graph. 14, 33-38. 
Huynh Anh Huy, Nguyen Truong Long, Truong Quoc Tuan, Nguyen Lem Thuy Dương , Ong Kim 
Le, Nguyen Hoang Giang, & Vo Van Hoang (2019). Novel pressure-induced topological 
phase transitions of supercooled liquid and amorphous silicene. J. Phys.: Conden. Matter, 
31(9), 095403. 
Johnston, J. C., Phippen, S., & Molinero, V. (2011). A Single-Component Silicon Quasicrystal. J. 
Phys. Chem. Lett. 2, 384-388. 
Jose, D., & Datta, A. (2011). Structures and electronic properties of silicene clusters: a promising 
material for FET and hydrogen storage. Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 7304-7311. 
Kara, A., Enriquez, H., Seitsonen, A. P., Lew Yan Voon L. C., Vizzini, S., Aufray, B., & 
Oughaddou, H. (2012). A review on silicene—new candidate for electronics. Surf. Sci. Rep. 
67, 1-18. 
Köster, A., Mausbach, P., Vrabec, J. (2017). Premelting, solid-fluid equilibria, and thermodynamic 
properties in the high density region based on the Lennard-Jones potential. J. Chem. Phys. 
147, 144502. 
Lay, G. L. (2015). 2D materials: silicene transistors. Nat. Nanotechnol. 10, 202-203. 
Le Roux S., & Petkov V. (2010). ISAACS–interactive structure analysis of amorphous and 
crystalline systems. J. Appl. Cryst. 43, 181-185. 
Liu, C., Feng, W., & Yao, Y. (2011). Quantum spin Hall effect in silicene and two-dimensional 
germanium. Phys. Rev. Lett. 107, 076802. 
Liu, H., Gao, J., & Zhao, J. (2014). Silicene on substrates: interaction mechanism and growth 
behavior. J. Phys.: Conf. Ser. 491, 012007. 
Ma, F., Zheng, H. B., Sun, Y. J., Yang, D., Xu K. W., & Paul, K. Chu (2012). Strain effect on 
lattice vibration, heat capacity, and thermal conductivity of graphene. Appl. Phys. Lett. 101, 
111904. 
Mas-Ballesté R., Gómez-Navarro C., Gómez-Herrero J., & Zamora F. (2011). 2D materials: to 
graphene and beyond. Nanoscale 3, 20-30. 
Mcmillan, P. F., Wilson, M., Daisenberger, D., & Machon, D. (2005). A density-driven phase 
transition between semiconducting and metallic polyamorphs of silicon. Nat. Mater. 4, 680. 
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Huỳnh Anh Huy và tgk 
321 
Morsali, A., Beyramabadi, S. A., Vahidi, S. H., Chegini, H., Beyzaie, N. (2014). A molecular 
dynamics study on the role of attractive and repulsive forces in isobaric heat capacity and 
sound velocity of sub- and supercritical dense fluids. J. Supercrit. Fluids, 95, 628-634. 
Nguyen Truong Long, Huynh Anh Huy, Truong Quoc Tuan, Ong Kim Le, Nguyen Hoang Giang, 
& Vo Van Hoang (2018). Crystallization of supercooled liquid and amorphous silicene. J. 
Non. Crys. Sol. 487, 87-95. 
Oughaddou, H. (2015). Silicene, a promising new 2D material. Prog. Surf. Sci. 90, 46-83. 
Plimpton, S. (1995). Fast parallel algorithms for short-range molecular dynamics. J. Comput. Phys. 
117, 1-19. 
Rachel, S., & Ezawa, M. (2014). Giant magnetoresistance and perfect spin filter in silicene, 
germanene, and stanene. Phys. Rev. B 89, 195303. 
Raju, M., Duin, A., & Ihme, M. (2018). Phase transitions of ordered ice in graphene nanocapillaries 
and carbon nanotubes. Sci. Rep. 8, 3851. 
Shanavas, K. V., Pandey, K. K., Garg, N., & Sharma, S. M. (2012). Computer simulations of 
crystallization kinetics in amorphous silicon under pressure. J. Appl. Phys. 111, 063509. 
Stillinger, F. H., Weber, T. A. (1985). Computer simulation of local order in condensed phases of 
silicon. Phys. Rev. B 31, 5262. 
Sun, H., Mukherjee, S., & Singh, C. V. (2016). Mechanical properties of monolayer penta-
graphene and phagraphene: a first-principles study. Phys.Chem. Chem.Phys. 18, 26736. 
Topsakal, M., Akturk, E., Sahin, H. & Ciraci, S. (2009). Two-and one-dimensional honeycomb 
structures of silicon and germanium. Phys. Rev. Lett. 102, 236804. 
Vasisht, V.V., Saw, S., & Sastry, S. (2011). Liquid–liquid critical point in supercooled silicon. Nat. 
Phys. 7, 549-553. 
Vogt, P., Padova, P. D., Quaresima, C., Avila, J., Frantzeskakis, E., Asensio, M.C., Resta, A., 
Ealet, B., & Lay, G.L (2012). Silicene: compelling experimental evidence for graphenelike 
two-dimensional silicon. Phys. Rev. Lett. 108, 155501. 
Vo Van Hoang, & Huynh Thi Cam Mi (2014). Free-standing silicene obtained by cooling from 2D 
liquid Si: structure and thermodynamic properties. J. Phys. D: Appl. Phys. 47, 495303. 
Vo Van Hoang, & Nguyen Truong Long (2016). Amorphous silicene—a view from molecular 
dynamics simulation. J. Phys.: Conden. Matter 28, 195401. 
Xu, W., Zhang, G., & Li, B. (2015). Thermal conductivity of penta-graphene from molecular 
dynamics study. J. Chem. Phys. 143, 154703. 
Xu, X., Zhuang, J., Du, Y., Eilers, S., Peleckis, G., Yeoh, W., Wang, X., Dou, S., Xue, K., & Wu, K. 
(2014). Inter. Conf. on Nanosci. and Nanotech ICONN (pp.28-30). Adelaide: Proc. of the IEEE. 
Zhang, P., Yang, X., Wu W.,, & Ye H. (2018). Two-dimensional penta-Sn3H2 monolayer for 
nanoelectronics and photocatalytic water splitting: a first-principles study. RSC Adv. 8, 11799. 
Zhao, J., Liu, H., Yu, Z., Quhe, R., Zhou, S., Wang, Y., Liu, C.C., Zhong, H., Han, N., Lu, J., Yao, 
Y., & Wu, K. (2016). Rise of silicene: A competitive 2D material. Prog. Mater Sci. 83, 
24-151. 
Zheng, M., Takei, K., Hsia, B.,, & Javey, A. (2010). Metal-catalyzed crystallization of 
amorphous carbon to graphene. Appl. Phys. Lett. 96, 063110. 
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Tập 16, Số 9 (2019): 309-322
322 
A MOLECULAR DYNAMICS STUDY 
OF THE COOLING EFFECT AND THERMAL STABILITY 
ON MONOLAYER OF PENTA-SILICENE 
Huynh Anh Huy1*, Nguyen Truong Long1, Truong Quoc Tuan2, 
Le Thi Phuc Loc2, Ong Kim Le2, Nguyen Hoang Giang3,4, Vo Van Hoang5 
1Department of Physics – School of Education, Can Tho University, Can Tho City, Vietnam 
2Department of Physics – Faculty of Natural Sci., Can Tho University, Can Tho, Vietnam 
3Computational Physics Lab– HCM City University of Technology, VNU-HCM, Vietnam 
4Computational Materials Physics Research Group – Advanced Institute of Materials Science, 
Ton Duc Thang University, Ho Chi Minh City, Vietnam 
5Faculty of Applied Sciences – Ton Duc Thang University, Vietnam 
*Corresponding author: Huynh Anh Huy – Email: hahuy@ctu.edu.vn 
Received: February 19, 2019; Revised: March 25, 2019; Accepted: April 11, 2019 
ABSTRACT 
This paper investigates the cooling effect and thermal stability of novel 2D pentagonal 
symmetry of Si (penta-silicene) via molecular dynamics (MD) simulation method. Penta-silicene 
models are obtained through density-driven transition from amorphous phase. In order to survey 
the cooling effect of penta-silicene, similar cooling processes from 1000K to 300K were applied. 
Evolutions of structural and thermodynamic behaviors are found including total energy, radial 
distribution function (RDF), interatomic distance, and ring and bond-angle distributions. Thermal 
stability of penta-silicene models at 300K was verified by relaxation along with different defects 
depending on the degree of model compression. The result provided new insights into the regime of 
high-density phase in 2D materials. 
Keywords: penta-silicene, cooling effect, thermal stability, high density phase.