Неэмпирические расчеты новых низкоразмерных углеродных и неуглеродных систем

• Автор: Лисенков, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 86 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение

1 Литературный обзор

1.1 Методы квантовой химии.

1.1.1 История развития квантовой химии

1.1.2 Полуэмпирические методы.

1.1.3 Неэмпирические методы

1.2 Применение методов квантовой химии для расчетов свойств

фуллеренов и нанотрубок

1.2.1 Теоретические исследования фуллеренов

12.2 Модели атомной структуры и прогнозирование
свойств углеродных и неуглеродных нанотрубок
2 Теоретический метод
2.1 Особенности теоретических моделей.
2.2 Описание основного состояния на основе теории функционала плотности
2.3 Приближения для функционала Ехспг.
2.3.1 Приближение локальной плотности ЬБА .
2.3.2 Приближение обобщенного градиента ОСА . .
2.4 Методика расчета .
2.4.1 Решение уравнения КонаШэма .
2.4.2 Электронионное взаимодействие теория псевдопотенциала .
2.4.3 Расчет сил в ТФП
2.4.4 Структурная оптимизация и молекулярная динамика .
2.4.5 Расчетные программы и используемые ресурсы
3 Структура и электронные свойства новых полимерных кристаллов на основе карбина и фуллерена Ссо
3.1 Введение
3.2 Детали вычислительного эксперимента.
3.3 Результаты расчетов и обсуждение
3.4 Заключение к Главе 3
4 Новый класс неуглеродных нанотрубок на основе А1 и
Р структура и электронные свойства
4.1 Введение
4.2 Детали вычислительного эксперимента.
4.3 Результаты расчетов и обсуждение
4.4 Заключение к Главе 4
5 Неспиральные нанотрубки типа хаекелит
5.1 Введение
5.2 Детали вычислительного эксперимента.
5.3 Результаты и обсуждение.
5.4 Заключение к Главе 5
Заключение
Благодарности
Библиография


С точки зрения использования таких нанообъектов в качестве функциональных элементов в наноустройствах важно и то, что их электронные свойства зависят от геометрического строения. В итоге углеродные фуллерены и нанотрубки заняли вакантные места в ряду известных модификаций углерода 3 алмаз 2 графит Шкарбин. Фуллерены рассматриваются как 0, а нанотрубки как 1 структуры. В последнее время определенный интерес представляют полимерные структуры на основе фуллерена Сед. Известно 5, что кристаллической фазой чистого Сбо является молекулярный кристалл. Однако, было обнаружено, что под воздействием давления ГПа и температуры К он превращается в различные полимерные структуры в кристаллические фазы из линейных цепей или в квазидвумериые полимеризованные структуры, в которых фуллерены СбО ковалентно связаны между собой четырехчленными циклами, образующимися в результате реакции 2г2 циклоприсоединения , 7, 8. Группа ученых из Института спектроскопии г. Троицк при воздействии высоких давлений ГПа и температур К наблюдала сверхтвердые фазы 9, , структуры которых состоят из ьШполимеризованных молекул Сео , . Одной из целей диссертации является изучение геометрической структуры и электронных свойств новых полимерных структур на основе двух аллотропных форм углерода фуллерена Соо и карбина с использованием нсэмпирических iii методов. Карбин представляет собой параллельно ориентированные цепочки углеродных атомов с гибридизацией валентных электронов в виде прямолинейных макромолекул полиинового СССС. ССС. Постановке и проведению численного эксперимента по изучению таких структур посвящена третья глава диссертации. Сразу послу публикации статьи Ииджимы Iii 2 о наблюдении углеродных нанотрубок УНТ, перед исследователями возник ряд вопросов, ответы на которые принципиально важны для практического использования нанотрубок. Одним из таких вопросов является определение физических и химических требований, ограничивающие круг веществ, которые могут быть получены в нанотубулярной форме. В ходе проведенных исследований по изучению структуры и свойств нанотрубок было установлено, что углерод не является единственным элементом, способным образовывать нанотрубные структуры. Из всего многообразия неуглеродных элементов, полупроводники на основе элементов групп IIIV привлекают наибольшее внимание. Например, использование арсенида галлия в оптоэлектронных приборах лазеры, светодиоды, фотоприемники, СВЧтехнике полевые транзисторы, детекторах ионизирующих излучений. Боразотные нанотрубки, предсказанные теоретически , , а позднее синтезированные методом дугового разряда, оказались первым типом неуглсродных нанотрубок, схожих по атомной структуре состоящие из шестиугольников с чередованием атомов В и , образуя гетерополярные связи В с УНТ. Особое внимание нанотрубки привлекли благодаря своим уникальным диэлектрическим свойствам в отличие от углеродных, нанотрубки остаются диэлектриками независимо от диаметра и спиральности. Вслед за этим было проведено несколько теоретических исследований других видов нанотрубок, состоящих из элементов IIIV групп и 1 . Таким образом, представляется интересным определить, существуют и являются ли устойчивыми нанотрубки из других элементов групп IIIV. Моделированию геометрической структуры и расчет энергетических и электронных свойств нанотрубок на основе алюминия А1 и фосфора Р посвящена четвертая глава диссертации. Описание атомного строения углеродных нанотрубок и родственных наноструктур основано на модели графеновой плоскости. Однако, недавно возник вопрос является ли графит единственной фазой углерода с квазидвумерной 2 структурой или могут существовать иные 2 модификации, составленные из плоских структур неграфенового типа Предполагается, что плоские структуры таких квазидвумериых форм углерода, могут рассматриваться как предшественники нанотрубок. В качестве одной из возможных модификаций был предложен новый тип углеродных структур, названный хаекелитным в честь немецкого биолога , поскольку данные структуры напоминают его изображения радиолярий лучевиков класса простейших одноклеточных организмов .