Моделирование электронных свойств органических полупроводников

• Автор: Куранов, Дмитрий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 108 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ МНОГОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ

1.1. Уравнение Шредингера. Гамильтониан молекулярной системы

1.2. Приближение БорнаОппенгеймера

1.3. Метод ХартриФока.

1.4. Уравнения Рутана

1.5. Теория функционала плотности. Уравнения КоиаШэма.

1.6. Приближения теории функционала плотности

1.7. Базисные функции

1.8. Методы компьютерного моделирования. Программный комплекс i

1.9. Основы функционирования программного пакета i
ГЛАВА 2. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ НАНОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ ФТАЛОЦИАНИНА ЦИНКА И НЕКОТОРЫХ МОЛЕКУЛ С ПОДОБНОЙ СТРУКТУРОЙ
2.1. Объекты исследования и их свойства
2.1.1. Металфталоцианинаты.
2.1.2. Порфирины.
2.1.3. Графен
2.2. Расчет равновесной геометрии молекул
2.2.1. Молекулярная структура и заряды на атомах фгалоцианината цинка и его производных.
2.2.2. Молекулярная структура и заряды на атомах порфиринов и графена.
2.3. Оценка потенциалов ионизации исследуемых структур
2.4. Колебательные спектры исследуемых структур.
2.5. Анализ эффективности использования параллельного режима в программе i на высокопроизводительном вычислительном кластере
2.6. Выводы.
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЛЕКУЛ С ПОВЕРХНОСТЬЮ.
3.1. Обобщенная модель молекулы в поле подложки.
3.2. Фталоцианин на поверхности диэлектриков и металлов.
3.3. Расчет взаимодействия фталоцианинатов цинка, порфиринов и графена с поверхностью
3.4.Изменение фотоэлектронных свойств соединений под влиянием подложки
3.5.Выводы .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


На свойства рассматриваемых в работе соединений в значительной мере влияет их молекулярное строение: природа центрального атома металла, введение периферийных заместителей различной природы, способность к полимеризации. Структурные особенности и функциональные свойства пленок незамещенных фталоцианинатов и порфиринов металлов к настоящему времени исследованы достаточно подробно экспериментально. Публикаций, относящихся к исследованию фталоцианинатов и порфиринов, содержащих заместители, представлено значительно меньше. Таким образом, исследование влияния молекулярного строения • фталоцианинатов, порфиринов и графена на физико-химические, фотоэлектронные и полупроводниковые свойства представляется весьма важной и актуальной задачей. Предложенные в диссертации математические модели и методики расчетов электронной структуры, фотоэлектронных свойств соединений и их изменения в. Методы исследования. Основными методами исследования являются методы математического и компьютерного моделирования и численного эксперимента. Математическая модель-. Научная' новизна. ВГ рамках метода-, функционала электронной плотности ВЗЬУР/6-С и иВЗЬУР/б-ЗЮ рассчитаны молекулярные структуры фтапоцианина и порфирина цинка, их производных, а также графена. Результаты расчета равновесной геометрии хорошо согласуются с известными- экспериментальными значениями длин связей и углов. Вычислены энергии молекулярных уровней, определены значения эффективных зарядов на атомах, полная энергия систем в основном и ионизованном состояниях. Разработана методика оценки потенциалов ионизации фталоцианината цинка и его производных. Выявлен характер зависимости потенциала ионизации от молекулярной структуры. Выполнено дет&чьное отнесение колебаний в ИК спектрах замещенных фталоцианинов и порфиринов на основании результатов квантово-химического расчета. Предложена модель в формализме матрицы плотности, описывающая изменение фотохимических и фотоэлектронных свойств, органических полупроводников, определяемых потенциалом ионизации с учетом взаимодействия с поверхностью. Разработано программное обеспечение, реализующее предложенную модель, позволяющее проводить численные эксперименты по моделированию. Практическая значимость работы. Проведенные расчеты показывают, что методом функционала электронной плотности с помощью предлагаемой методики можно прогнозировать молекулярные свойства веществ, в частности потенциал ионизации, поляризуемость и ИК спектр поглощения в зависимости от их структуры. Несмотря на то, что все частоты колебаний не характеристичны по частоте и по форме, представленное в работе отнесение их по типу колебаний позволяет экспериментаторам идентифицировать частоты колебаний. Разработанная квантово-механическая математическая модель позволяет прогнозировать фотохимические и фотоэлектронные свойства веществ, а также их изменения при взаимодействии с поверхностью. Это актуально в свете бурного развития нанотехнологий. Предложенная методика применима и к более сложным наноструктурам. Программы, реализующие предложенные модели, прошли отладку и тестирование на задачах, решения которых известны. Результаты, полученные при расчетах, соответствуют приведенным в литературе результатам экспериментов. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на -й международной конференции студентов и аспирантов «Процессы управления и устойчивость» (СПб, СПбГУ, факультет ПМ-ПУ, г. В. И. Зубова «Устойчивость и процессы управления» (СПб, СПбГУ, г. Наука и образование - » (Мурманск, МГТУ, г. ПМ-ПУ СПбГУ. Публикации. Основные положения диссертации достаточно полно изложены в 7 опубликованных в печати работах, в том числе в 2 статьях в журналах, входящих в перечень ВАК ведущих российских и зарубежных изданий, рекомендуемых для публикации результатов диссертаций. Список работ приведен в конце автореферата. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 8 страниц, среди которых таблиц и рисунков. Список литературы включает 8 наименований.