Квантово-химическое и молекулярно-динамическое моделирование структуры и свойств сложных нанокластеров элементов IV группы

• Автор: Аврамов, Павел Вениаминович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 336 с. : ил.

1.1 Структура, электронные и динамические свойства фулперенов и

их производных

1.2 Структура и электронные свойства углеродных нанотруб

1.3 Структура и электронные свойства слоэсных алмазоподобных углеродных нанокластеров.

1.4 Структура и свойства 0 нанокристаллов кремния.

1.5 Структура и свойства 1 нанокристаллов кремния.

Глава 2. Адаптация функционалов теории , основанных на.

приближении в базисе гауссовых орбиталей, и метода квантовохимических фрагментов для расчета электронной . структуры. 1 углеродных нанотруб и кремниевых наноусов
2.1 Зонные расчеты атомной и электронной структуры одностенных углеродных нанотруб в базисе гауссовых
орбиталей
2.2 Применение аналитического градиента для расчета структуры нанокластеров с использованием адаптивного метода разрыва химических связей в методе квантовохимических
фрагментов.
Глава 3. Электронная структура, динамические свойства и эволюция атомного строения фуллеренов и их эндо и экзоэдральных комплексов с металлами i, , Со и легкими элементами Н, Не, i
3.1 Природа химической связи в фуллеренах.
3.2 Исследование изомеров фуллерена С с использованием одно и многодетерминантной теории возмущения МллераПлессета второго порядка.
3.3 iii расчеты экзо и эндоэдральных комплексов с переходными , Со и щелочным i металлами
3.4 Динамика атомного остова и электронная структура ряда эндо и экзоэдральных комплексов фуллеренов с легкими элементами
3.5 Механизмы неупругого рассеяния низкоэнергетических ионов и атомов легких элементов на молекулах 6, См, 2 и
Глава 4. Электронная структура, реакционная способность и динамические свойства идеальных и дефектных одностенных углеродных нанотруб и углеродных торов
4.1 Связь химических свойств углеродных нанотрубок с их атомной
и электронной структурой.
4.2 Унификация ширины запрещенной зоны одностенных углеродных нанотрубок, дотированных атомами кремния
4.3 Влияние дефектов углеродной сетки на электронную структуру полупроводниковых одностенных углеродных нанотруб.
4.4 Теоретическое исследование тороидальных форм углерода и их эндоэдральных комплексов с литием.
Глава 5. Структура и механизмы агрегации и изомеризации
кремнийкислородных нанокластеров
Глава 6. Архитектура и электронные свойства идеальных и эрбийдопироваинмх кремниевых квантовых точек голдберговского типа и их конгломератов
6.1 Атомная и электронная структура кремниевых квантовых
точек голдберговского типа и их конгломератов
6.2 Роль сильных электронных корреляций в определении электронных свойств и энергетической стабильности Егдопированных кремниевых квантовых точках голдберского типа
Глава 7. Архитектура, стабильность, электронные свойства и эффекты квантового ограничения в сложных и ЭДОЮг наноструктурах.
7.1 Атомная и электронная структура тонких 0 ориентированных кремниевых наноусов.
7.2 Электронная структура квантовых точек и тонких
наноусов.
7.3 Разрушение размерного ограничения в слолсных нанокластерах кремния.
7.4 Атомная структура и электронные свойства многотерминальных кремниевых нанокластеров
Заключение
Список использованной литературы


Было проведено сравнение ключевых теоретических результатов с литературными экспериментальными данными. СоСбо х1 . Данные исследования проводились с целью интерпретации экспериментальных данных по СоС6о композитам, получаемым методом ионной имплантации и оптимизации процесса ионного синтеза. В четвертой главе приводятся результаты исследования атомной и электронной структуры идеальных и модифицированных углеродных нанотруб с использованием эмпирических, полуэмпирических и неэмпирических методов теоретической химии. В частности, была проанализирована природа химической связи в углеродных нанотрубах малого диаметра, и объяснена их низкая химическая активность. Исследовано влияние дефектов углеродной сетки и атомовзаместителей на электронную структуру нанотруб. Предложен и рассчитан целый ряд углеродных торов и их эндоэдральных комплексов с литием, и исследована их электронная структура. Было проведено сравнение ключевых теоретических результатов с литературными экспериментальными данными. Пятая глава посвящена изучению поверхности потенциальной энергии и эффектам электронных корреляций малых тОп кластеров. В частности, неэмпирическими и рахартрифоковскими методами была рассчитана атомная и электронная структура и энергетическая стабильность набора изомеров Б1тОп кластеров, исследованы особые точки на их поверхностях потенциальной энергии, пути реакций образования и изомеризации кластеров и роль эффектов электронных корреляций в определении их свойств. Особое внимание в главе уделено эффектам квантового размерного ограничения и влияния сильных электронных корреляций на структуру и свойства изучаемых нанокластеров. Было проведено сравнение ключевых теоретических результатов с литературными экспериментальными данными. Седьмая глава посвящена архитектуре и электронным свойствам сложных кремниевых наноусов и сверхструктур на их основе. В частности, эмпирическими, полуэмпирическими и неэмпирическими методами вычислительной химии была рассчитана атомная и электронная структура, и энергетическая стабильность широкого набора сложных кремниевых нанокластеров, БУБЮг наноусы, сложные кремниевые наноусы пентагональной и гексагональной симметрии, различные сверхструктуры включая кремниевый наноцветок, состоящие из комбинаций квантовых точек голдберговского типа и наноусов различной симметрии. Особое внимание уделялось теоретическому исследованию размерного квантового эффекта в данных структурах и сравнению теоретических данных с литературными экспериментальными данными. В Заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы, обсуждаются личный вклад автора. Отдельный абзац содержит благодарности автора коллегам за неоценимую помощь в выполнении работы. Глава 1. Предлагаемая диссертационная работа посвящена исследованию структуры и свойств сложных нанокластеров на основе элементов Vй группы углерода и кремния. В работе исследованы атомная и электронная структура и динамика атомного остова фуллеренов и их эндо и экзоэдральных комплексов, идеальных и дефектных углеродных нанотруб и углеродных торов, в терминах особенностей электронной структуры интерпретированы экспериментальные данные по их химической активности. Большое внимание в работе посвящено архитектуре и электронным свойствам сложных нанокластеров кремния ii структурам, кремниевым квантовым точкам голдберговского типа, их конгломератам и эндоэдральным комплексам с ионами эрбия, сложных 0 ориентированных пентагонапьных и гексагональных наноусов и сложных наноструктур на их основе. Для исследования расширенных нанокластеров были адаптированы приближение РВС с использованием базиса гауссовых орбиталей и метод квантовохимических фрагментов. В настоящее время, пожалуй, самым исследованным объектом наномира является молекула фуллерена Сбо Структура Сбо прямо наблюдалась методом сканирующей туннельной микроскопии см. Ввиду специфики метода, исследования велись только поверхностных структур фуллеренов, сорбированных на различных поверхностях кремния, благородных металлах, арсениде галлия и других полупроводниках и металлах. Сейчас уже хорошо известно см.