Мультипольные электронные взаимодействия в углеродных наноструктурах (фуллеренах, трубках) и кристаллах (KC60, RbC60, CsC60, Ce, TmTe, NpO2)

• Автор: Николаев, Александр Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 327 с. : ил.

Оглавление

І Мультипольные взаимодействия в углеродных структурах

1 Углеродные наноструктуры

1.1 Эпоха нанотехнологий

1.2 Закон Г

1.3 Фуллерены

1.3.1 Правильный усеченный икосаэдр и

молекулярная симметрия Сбо

1.4 Фуллериты

1.5 Фуллериды

1.6 Углеродные нанотрубки
1.7 Другие необычные углеродные
наноструктуры
1.7.1 Пиподы
1.7.2 Эндофуллерены
1.7.3 Углеродные конусы
1.7.4 Аньонс (луковицы)
1.7.5 Углеродные торы и трубки-спирали
1.7.6 Графен
2 Мультипольные взаимодействия и электронные термы молекулы Сбо
2.1 Угловая зависимость МО
2.2 Метод мультипольных взаимодействий
2.3 Другие молекулярные конфигурации
2.3.1 Дырочные конфигурации [h)m (т = 2 — 5)
2.3.2 Экситонные конфигурации и h+tïg
2.3.3 Конфигурация tiutig

2.3.4 Трехэлектронная конфигурация (tlU)2tlg
2.4 Энергетические спектры
2.5 Электронно-дырочная симметрия
2.6 Магнитные моменты
2.7 Электронные оптические переходы
2.8 Обсуждение и основные выводы
2.9 Возбужденные состояния и оптические переходы нейтральной молекулы Сбо
2.10 Метод конфигурационного
взаимодействия
2.10.1 Активное пространство КВ
2.10.2 Схема расчетов
2.11 Обсуждение результатов расчета
2.11.1 Спектр низколежащих возбуждений С60
в методе КВ-ОВ
2.11.2 Влияние на расчеты молекулярного базиса
2.11.3 Влияние активного пространства
2.11.4 За пределами КВ-ОВ: полное КВ
для небольших АП
2.12 Обсуждение результатов и сравнение с экспериментом
Мультипольные взаимодействия, кристаллическое поле и фазовые переходы в АСбо (А=К, ЯЬ, Сэ)
3.1 Ориентационные координаты
и взаимодействия
3.2 Электронно-молекулярные
функции вращения
3.3 Фазовые переходы
3.4 Кристаллическое поле и
молекулярное поле
3.5 Кристаллическое поле
полимерной цепочки Сбо
3.6 Теория различных фазовых переходов в КС60 и ВЬСбо: решающая роль
щелочного иона
3.7 Выводы
4 Мультипольные взаимодействия и косвенный
обмен (суперобмен) в АСбо (А=К, Rb, Cs)
4.1 Базисные состояния косвенного обмена
4.1.1 Одноэлектронные состояния
4.1.2 Многоэлектронные базисные состояния
4.2 Нахождение матричных элементов
гамильтониана суперобмена
4.2.1 Матрица А — А блока
4.2.2 Техника мультипольного разложения
для блока В
4.2.3 Взаимодействие между конфигурациями
А и В (А и С)
4.2.4 Взаимодействие между конфигурациями
В и С
4.2.5 Учет ориентации связей
4.3 Перенос заряда
4.4 Полимерные фазы
4.4.1 Суперобменное взаимодействие
4.4.2 Низкотемпературные спиновые корреляции
в полимерной фазе СэСбо
4.5 Упорядоченная кубическая фаза CsCeo
4.6 Выводы
5 Электронные взаимодействия других углеродных структур
5.1 Расчеты углеродных нанотрубок, легированных ЗФметаллами
5.2 Фуллерен С6о внутри углеродной нанотрубки
5.3 Особенности электронной структуры
графена и графеновых прямоугольных макромолекул
II Мультипольные взаимодействия в кристаллах с локализованными /—электронами
6 Квадрупольные взаимодействия и упорядочения в кристаллах с одним /—электроном (дыркой) на узел
6.1 Модель кубического кристалла (7-Се)
с локализованным /—электроном
6.2 Фазовый переход Fm3m —* РаЗ

но, что электрон-вибронная мода является активной, если [Ге;]2 содержит Г„й [121,122]. Здесь Ге( — это симметрия основного электронного состояния, а Г„;б - симметрия соответствующей вибронной моды. Таким образом, уже на данном этапе видно, что для электрон-вибронного анализа требуется полное знание симметрии электронных уровней молекулы. Кроме того, есть некоторые основания считать, что статический эффект Ян-Теллера довольно мал для Сд0, и ситуацию в целом можно характеризовать как динамический эффект [112], когда молекула в среднем сохраняет свою симметрию. Вибронные взаимодействия для катионов С+ оцениваются в 0.1 — 0.2 эВ. Мы ниже увидим, что расщепление самого верхнего и самого нижнего дырочного уровня в несколько раз больше этого значения. Это означает, что эффект Яна-Теллера в данном случае можно изучать в приближении слабого (или среднего) электрон-вибронного взаимодействия.
Глава состоит из следующих разделов: в 2.1 мы обсуждаем угловые зависимости валентных молекулярных оболочек hu, ii« и tig. В разделе
2.2 описывается метод учета мультипольных многоэлектронных взаимодействий (корреляций). Описанная техника затем применяется для дырочных и экситонных конфигураций молекулы Сбо, 2.3. В разделе 2.4 приводятся полученные спектры энергии. В 2.6 рассчитываются магнитные моменты, в 2.7 — оптические линии и силы линий дипольных оптических переходов Cgg и C|ô- В разделе 2.8 формулируются главные выводы по молекулярным ионам Затем (разделы 2.9-2.12) мы изучим электронный спектр возбуждений нейтральной молекулы Св0.
2.1 Угловая зависимость МО
Молекула Соо обладает самой высокой молекулярной симметрией — симметрией икосаэдра (7/,). Если разложить ее плотность в мультипольный ряд по симметризованным сферическим гармоникам [123], то окажется, что за исключением тривиального сферического вклада, другие компоненты характеризуются большим значением мультипольного момента: I — 6, I = 10 и I = 12 [124,125]. Таким образом, молекула С6о является самой сферичной среди всех остальных. Благодаря высокой симметрии, молекулярные орбитали тг-типа также однозначно описываются орбитальным индексом I. В нейтральной молекуле оказываются заполненными следующие 7г-уровни: ад (I = 0), tlu (I = 1), hg (I = 2), t2u (I = 3), gu (I = 3). g3 (I = 4), hB (I = 4) и hu(l = 5). В результате 60 7г-электронов полностью занимают восемь