Неэмпирическое моделирование свойств эндо- и экзоэдральных комплексов углеродных нанотрубок

• Автор: Созыкин, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Углеродные нанотрубки: строение, свойства, методы компьютерного моделирования. Обзор литературы
1.1. Строение углеродных нанотрубок
1.2. Механические свойства углеродных нанотрубок
1.3. Электрические свойства углеродных нанотрубок
1.4. Инкапсулированные углеродные нанотрубки
1.5. Методы моделирования углеродных нанотрубок
Выводы
Глава 2. Выбор метода расчета. Методика моделирования
2.1. Программное обеспечение для моделирования свойств наносистем
2.2. Оценка масштабируемости пакетов Firefly и Siesta
2.3. Выбор модели
2.4. Методика моделирования механических свойств
2.5. Методика моделирования электрических свойств
Выводы
Глава 3. Механические свойства эндо- и экзоэдральных комплексов углеродных нанотрубок
3.1. Структура комплексов УНТ с малой концентрацией атомов лития, натрия, серы и селена
3.2. Механические характеристики комплексов УНТ
Выводы

Глава 4. Электрические свойства эндо- и экзоэдральных комплексов углеродных нанотрубок
4.1. Строение и плотность электронных состояний комплексов углеродных нанотрубок
4.2. Зонная структура и электрическое сопротивление комплексов углеродной нанотрубки (7,7)
Выводы
Заключение
Литература
Приложение А. Электрические заряды атомов в квантовой механике
А.1. Подход Малликена
А.2. Подход Бейдера
Приложение Б. Теория Ландауэра - Буттикера
Приложение В. Руководство пользователя программы Пре- и постпроцессор для моделирования свободных и деформированных углеродных нанотрубок с помощью пакетов Firefly и Siesta

Введение
Уникальные свойства углеродных нанотрубок (УНТ) обеспечивают возможность достижения с их помощью целого ряда целей: механическое упрочнение композиционных материалов [1], создание элементов микроэлектронных устройств [2-4], использование в качестве сенсоров [5, 6] и других. Одной из причин необходимости развития технологий создания элементов микроэлектроники на основе УНТ является очевидный предел, к которому на современном этапе развития подходит процесс совершенствования производства микросхем. Этот предел обусловлен сложностью дальнейшего уменьшения технологических норм, возникающей из-за существенного изменения свойств традиционно используемых материалов в нанометровом диапазоне. Например, металлические проводники оказываются не в состоянии выдерживать необходимые плотности тока, а при закрытом положении транзистора токами утечки уже нельзя пренебрегать.
Актуальность работы
На сегодняшний день известно, что на основе углеродных нанотрубок можно создавать как транзисторы [2, 4], так и проводящие соединения в микросхемах [3]. Известно также, что электрические свойства нанотрубок можно изменять, варьируя заполнением их внутренней полости различными элементами [7, 8]. Эта возможность дает перспективу корректировать свойства УНТ для получения их значений, необходимых в конкретном устройстве.
В эксперименте помимо индивидуальных нанотрубок могут синтезироваться УНТ с адсорбированными на их внешней поверхности атомными и молекулярными структурами (экзоэдральные комплексы) и УНТ с заполненным внутренним каналом (эндоэдральные комплексы). По сравнению с индивидуальными нанотрубками механические и электронные свойства таких комплексов изучены мало, несмотря на то, что возможность инкапсуляции

причем, обычно |Е*[р]| много больше, чем |Ес[р]|. Например, для атома аргона Ех[р] = -30.19 Хартри, в то время как ад = -о .72 Хартри.
Следует подчеркнуть, что упомянутые теоремы лишь доказывают зависимость энергии от электронной плотности, но не предлагают никакого способа поиска вида обменно-корреляционного функционала.
Приближение локальной электронной плотности (ЬБА)
Наиболее простым приближением для Ехс[р(г)] является приближение локальной электронной плотности. В основе этого подхода лежит предположение, что электронная плотность р(г) очень слабо зависит от пространственных координат. Термин «локальная» используется потому, что в определение для функционала входит значение величины электронной плотности р(г) в каждой точке пространства (и не входят производные от электронной плотности)
Приближение локальной спиновой плотности (ЬЗЭА)
Неограниченный ЬЭА метод называют приближением локальной спиновой плотности ЬЗЭА. Он получается, если в модели ЬЭА предположить, что электронам со спинами а и /3 в однородном электронном газе соответствуют различные орбитали гр и гр. Это приводит к различным плотностям ра и рР для электронов с противоположными спинами. Преимуществом данного подхода является то, что его можно использовать для систем с одним или несколькими неспаренными электронами. Такая ситуация возникает, например, в радикалах. Для систем, в которых все электроны спарены приближение ЬЗБА эквивалентно ЬЭА.