Год издания: 2019
Ключевые слова: двумерные материалы, компьютерное моделирование, метал-органические каркасные наноструктуры, dft, топологические состояния, электронные корреляции
Аннотация: В настоящее время в мире ведутся активные поиски и исследования перспективных низкоразмерных материалов с целью удешевления производства и понимания новых физических свойств, а также разработки нового поколения электрических микросхем. Двумерные материалы, такие как графен и дихалькогениды переходных металлов уже довольно хорошо исПоказать полностьюследованы. Они демонстрируют большой потенциал в области оптоэлектроники, аккумулирования и хранения энергии, а также в качестве каталитических и композиционных материалов. Однако их стоимость по-прежнему высока, а их свойства сильно зависят от присутствия дефектов в структуре, что затрудняет их применение в различных областях. В отличие от традиционных двумерных материалов, металл-органические каркасные материалы (MOFs) состоят из неорганических центров и органических лигандов. Свойства и структура MOFs могут легко варьироваться путем подбора активных центров металла и лигандов. Большинство таких материалов может быть приготовлено с помощью обычных химических процедур с низкой стоимостью и высоким выходом. Поэтому 2D MOFs рассматриваются как один из потенциальных кандидатов на замену обычных 2D материалов. Особый интерес представляют металл-органические каркасы, состоящие из плоских циклических органических молекул позволяющие получать двумерные наноструктуры. В отличие от графена, такие структуры обладают большой вариативностью свойств и могут быть использованы в оптоэлектронике. Недавний успешный синтез 2D MOFs c хорошей электрической проводимостью и топологическими свойствами привел к всплеску исследовательской активности в данной области, поскольку такие материалы создают большие перспективы их использования в наноэлектронике и квантовых приложениях. Несомненно, интересны свойства, возникающие в таких материалах и их зависимости, поскольку они значительно отличаются от традиционных двумерных материалов. ?Область двумерных металл-органических каркасных материалов только недавно начала изучаться, поэтому ключевое значение имеет понимание зависимостей свойств таких структур от типа активного центра и лигандов, а также дизайн структур с заданными свойствами. Использование первопринципных (DFT, TDDFT, многочастичные подходы GW-BSE) расчетов позволит найти оптимальные структуры с заданными свойствами без проведения дорогостоящих экспериментов. При этом уровень точности таких вычислений будет являться достаточным для моделирования реальных систем, а в ряде случаев иметь крайне близкие значения, например, при оценке электронной структуры и оптических свойств. Проведение компьютерного моделирования позволит определить наиболее перспективные 2D MOFs с точки зрения свойств, оптимизировать их характеристики за счет контроля их атомной и электронной структуры, опередив при этом экспериментальные разработки.?