В работе проведено неэмпирическое исследование строения, устойчивости и физических свойств одностенных и многостенных нанотрубок на основе бинарных и смешанных монослоев халькогенидов галлия и индия. Найдено, что относительная стабильность нанотрубок с гексагональной морфологией убывает в следующем порядке: GaS> GaTe ≈ GaSe> InSe> InTe> InS. Результаты неэмпирических расчетов показывают, что энергия образования разноповерхностных (Janus-) нанотрубок смешанного состава существенно меньше, чем энергия образования соответствующих бинарных систем, если более объемный атом халькогена расположен на внешней поверхности нанотрубки.
В работе впервые выполнено неэмпирическое моделирование бинарных двустенных нанотрубок, а также двустенных нанотрубок с Janus-структурой, сгенерированных из слоев гексагональных фаз. Анализ полученных данных показывает, что двустенные Janus-нанотрубки обладают заметно меньшей энергией образования из стабильных фаз. В работе показано, что наиболее низкая энергия связывания стенок нанотрубки реализуется при шаге индексов хиральности 8 в случае трубок типа «кресло» и при шаге 14–13 в случае трубок типа «зигзаг», независимо от состава трубок. Найдено, что для внешней атомной оболочки в двустенных нанотрубках типа «кресло» имеет место небольшое, но заметное отклонение от идеальной цилиндрической формы.
На основе рассчитанных фононных дисперсий впервые оценены температурные зависимости избыточных (по отношению к прекурсорному монослою) термодинамических функций для бинарных и смешанных одностенных нанотрубок на основе сульфидов и теллуридов Ga и In. Найдено, что возрастание температуры увеличивает стабильность нанотрубок на основе бинарных халькогенидов, в то время как стабильность смешанных нанотрубок слабо изменяется с температурой.
В работе впервые выполнены квантовохимические и молекулярно-механические расчеты модулей упругостей простых и смешанных сульфидов и теллуридов Ga и In. Показано, что модуль Юнга нанотрубок слабо зависят от диметра, хиральности и количества стенок. Найдено, что полученные величины убывают в ряду: MLS2 > MLSTe > MLTe2 (M, L = Ga, In).
Относительное расположение краев валентной зоны и зоны проводимости, найденное в результате неэмпирических расчетов, указывает на перспективность использования нанотрубок на основе бинарных и смешанных теллуридов Ga и In в качестве фотокатализаторов для получения водорода из воды.