Электронное строение и структурная трансформация нанофрагментов 3d-металлов и их сплавов

• Автор: Зайцев, Николай Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

<1 Введение

1 Наноструктуры и способы их изучения

1.1 Способы изучения дефектных структур

1.2 Системы с конечным числом атомов

1.3 Метод молекулярных орбиталей

• 1.4 Методы теории многократного рассеяния

1.5 Постановка задачи

2 Теория многократного рассеяния и методика расчета на ее основе

2.1 Формализм теории многократного рассеяния

2.1.1 Основные уравнения ТМР

2.2 Представление углового момента

^ 2.2.1 Функция Грина свободного движения
ф 2.2.2 Матричные элементы операторов траекторий
2.3 Метод рассеянных волн и его реализация
2.3.1 Построение кластерного потенциала
2.3.2 Схема нахождение электронного спектра
2.3.3 Волновая функция
2.3.4 Основные приближения расчета

3 Электронное строение нанофрагментов Зс?-металлов и сплавов
3.1 Изменение энергии кластеров З^-металлов и их соединений
при ОЦК—+ГПУ превращении
3.2 Нанофрагмент NiTi в В2 структуре
3.3 Соотношения энергий кластеров Ni$Al, TisAl в нанофрагментах В2 NiTi
3.4 Распределение электронной плотности в кластере ТЦз при его структурной трансформация
3.5 Влияние примеси на электронные состояния кластере Ti^M
4 Особенности электронного строения наноразмерных гетероструктур
4.1 Структурно-неоднородный ОЦК нанофрагмент титана
4.2 Нанофрагмент ГПУ титана с примесными атомами В, С и N
4.3 Нанотрубка Fe,^ с внутренней квантовой точкой Sis
Заключение
Литература

Актуальность работы. Экспериментальные исследования кристаллических структур, в которых размеры зерен составляют порядка сотни нанометров, а их доля в объеме сравнима с долей межзеренных границ, показывают, что такие субмикрокристаллические и наноструктурные материалы в ряде случаев обладают уникальными физическими характеристиками. Последнее также присуще структурам состоящим из малого количества атомов (наночастицам), в методах получения которых далеко шагнула экспериментальная физика [1]. Достижения в экспериментальных методах изучения таких объектов, обладающих свойствами отличающимися от свойств объемных материалов, дополнительно повысили интерес к тому, как физические свойства изменяются от атома к кластеру и к объемному твердому телу. Однако, как отмечается в [2], процессы, происходящие в маленьких частицах нельзя понять только лишь из экспериментальных данных, для этого необходимо использовать первопринципные теоретические методы и моделирование.
Теоретические исследования электронной структуры необходимы и для целенаправленного манипулирования нанометровыми объектами, что обусловливается тенденциями к миниатюризации, снижению энергопотребления, повышению быстродействия электронной техники посредством использования особенностей электронных свойств наночастиц и образованных из них гетероструктур, как например нанотрубки с конденсированной фазой
с обменным потенциалом в форме [111]. Сферически усредненное распределение электронной плотности атома вычисляли по формуле
Рп(г) = т- nLRl(r)» (2-52)

где til — число заполнения L-орбитали. Кулоновский потенциал свободного атома вычисляли по формуле Пуассона
Г ОС
vn(r) = ~г + ~Г / (r')2Pn(r>)dr' + 87Г J г>Рп(г 0 dr'- (2-53)
О г
Кулоновский потенциал атома в кластере с учетом вкладов соседних атомов определяется по формуле
Л„„/+г
V(r) = VZ<(r) + ±£_L f гT„?(rVr',
"'|Япп,-г|
где Rnn' = Таким образом, внутри МТ-сферы атома п потенциалы всех других атомов сферически усредняются. Аналогично вычисляется распределение электронной плотности
А.п' + Г
Pn{r) = p“l(r) + J r'p%{r')dr', (2.54)
которое используется для определения обменного потенциала, чем автоматически обеспечивается его сферическая симметричность в областях (i) и (ш).
2.3.2 Схема нахождение электронного спектра
При численном решении уравнения (2.51) возникают большие трудности связанные с тем, что зависимость детерминанта матрицы от энергии очень