Теоретически и методами многоуровневого (multiscale) моделирования исследованы процессы синтеза, структура и термодинамика графанов CH_θ (0 < θ ≤ 1) — различных по стехиометрии, энергетике и симметрии дальнего порядка основного состояния полиморфных модификаций инновационного функционального материала на основе графена, которые получают осаждением потоков атомов водорода на графен в условиях конкуренции однослойной хемосорбции и десорбции.

  Введена систематика упорядоченных фаз графана по выражающимся простыми дробями степеням покрытия θ = 1/4, 1/3, 1/2, 2/3 и 3/4 графена водородом, Показано, что существование по меньшей мере одной из этих фаз (параграфана С₄Н, θ = 1/4) подтверждено экспериментом.

  Впервые построены фазовые диаграммы графанов в переменных «температура – хим. потенциал» и «температура – степень покрытия θ» (см. Рис. 1). На них обнаружен фазовый переход II рода типа «порядок–беспорядок» с критической температурой T_c, зависящей от степени покрытия θ и от симметрии упорядоченной низкотемпературной фазы.

 Для термодинамической интерпретации фазовых диаграмм графана предложен эффективный феноменологический гамильтониан решеточной модели типа Изинга и построена соответствующая среднеполевая теория.

 Получены количественно описывающие данные моделирования методом кинетического Монте-Карло аналитические формулы для критической температуры T_c фазового перехода, выражение для свободной энергии Гиббса и уравнение состояния графанов. Это позволяет численно и аналитически рассчитывать их восприимчивости (теплоёмкость, сжимаемость и т. п.), важные для прогнозирования их свойств в приложениях в качестве функционального материала современной наноэлектроники.