Численное моделирование электронной и атомной структуры фуллеренов С60 , С36 и металлофуллеренов

• Автор: Варганов, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 95 с.

Введение
Глава I. Общие сведения об электронной и атомной структуре фуллеренов Сбо, С36 и металлофуллеренов

1.1. Атомная и электронная структура фуллерена С

1.2. Эндоэдральные и экзоэдральные металлокомплексы фуллерена С

1.3. Изомеры фуллерена С зб

Глава II. Методы расчетов электронной и атомной структуры кластеров и молекул

2.1. Метод Хартри-Фока

2.2. Полуэмпирические методы MNDO, АМ1 и РМЗ

2.3. Гибридный метод функционала плотности B3LYP

2.4. Теория возмущений Моллера-Плессета второго порядка МР

2.5. Методы многоконфигурационного самосагласованного поля и многоконфигурационной теории возмущений
Глава III. Фуллерен Сбо и экзоэдральные и эндоэдральные комплексы С6о с Zn и Li+ и эндоэдральные комплексы с димером Li
3.1. Электронная и атомная структура фуллерена С
3.2. Эндоэдральный и экзоэдральные комплексы фуллерена Сбо с атомом Zn
3.3. Эндоэдральный и экзоэдральные комплексы фуллерена Сбо с ионом Li+..
3.4. Эндоэдральный комплекс фуллерена С6о с димером Li
Глава IV. Относительная стабильность изомеров фуллерена С
4.1. Искажение симметрии синглетного состояния изомера D6h и триплетного
состояния изомера D2d
4.2. Расчеты изомеров фуллерена С3б с использованием
одноконфигурационных методов
4.3. Многоконфигурационные расчеты изомеров фуллерена С
Заключение
Библиграфический список литературы

Введение
Экспериментальное получение фуллерена С60 [1] привело к новому этапу в изучении кластеров углерода. Сразу после сообщения о стабильности кластера состоящего из 60 атомов углерода, возникли вопросы о возможности помещения различных атомов внутрь углеродной сферы и о стабильности фуллеренов с числом атомов углерода отличным от 60.
В течение последующих нескольких лет удалось получить комплексы фуллеренов с различными атомами внутри углеродного каркаса, так называемые эндоэдральные комплексы. Также были синтезированы комплексы фуллеренов с атомами, присоединенными к внешней стороне углеродного каркаса - экзоэдральные комплексы. Помимо уникальной атомной структуры данные соединения имеют большой потенциал применения в различных областях науки и техники. Так экзоэдральные комплексы фуллерена С60 с атомами щелочных металлов являются основой допированных фуллеритов с температурами перехода в сверхпроводящее состояние до 40 К. Одно из уникальных свойств эндоэдральных комплексов - возможность механической пассивации атомов, при помещении их внутрь фуллерена. Данное свойство потенциально может быть использовано для разработки нового способа хранения молекулярного водорода внутри фуллеренов. В связи с активной разработкой нового типа элементов питания постоянного тока, работа которых основана на реакции 02 и Н2, проблема эффективного хранения водорода, легко диффундирующего практически сквозь многие материалы , является одной из важнейших технических задач.
Синтез и выделение из смеси специфического эндо- или экзоэдрального комплекса фуллерена является нетривиальной задачей [2]. Еще более сложно определить координацию внедренных атомов относительно углеродной стенки

2.2. Полуэмпирические методы MNDO, AMI и РМЗ
Основная цель полуэмпирических методов - уменьшить расчетные затраты по сравнению с неэмпирическим методом Хартри-Фока путем пренебрежения большей частью одно- и двухэлектронных интегралов. Для того чтобы компенсировать ошибку, внесенную таким приближением оставшиеся, ненулевые интегралы параметризируются с целью воспроизведения экспериментальных данных (геометрии, теплоты образования и т.д.). В полуэмпирических методах используется так называемое валентное приближение, в соответствии с которым рассматриваются только валентные электроны. Остовные электроны учитываются путем замены заряда ядра атома эффективным потенциалом. Более того, используется минимальный базисный набор (минимальное количество базисных функций необходимое для размещения валентных электронов). MNDO [77], АМ1 [78], РМЗ [79] методы параметризованы только для s- и р-орбиталей, расчеты элементов с не полностью заполненными d и f-оболочками невозможны. Поскольку в отличие от неэмпирических методов в полуэмпирических методах нет необходимости в расчете двухэлектронных интегралов в качестве базисных функций используются Слетеровские орбитали, которые способны лучше чем гауссовы функции воспроизводить форму волновой функции.
xM^ Поскольку параметрические методы параметризируются по реальным молекулам, они в какой-то мере способны учитывать электронные корреляции. С другой стороны, чем больше исследуемая молекула или кластер отличается от тех, по которым метод был параметризиван тем больше вероятность неверных результатов.