Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2019
Ключевые слова: двумерные материалы, компьютерное моделирование, метал-органические каркасные наноструктуры, dft, топологические состояния, электронные корреляции
Аннотация: 1. Впервые были созданы модели одномерных ковалентно-связанных структур полимеризованного тетратио- и тетраселено[8]циркулена (TTC и TSC) с различным типом соединения мономеров в цепочку обладающих полупроводниковыми свойствами. Установлено, что все исследуемые типы нанолент термодинамически стабильны, а их электронные свойства сущПоказать полностьюественно зависят от типа связи между мономерами и от количества мономеров в ленте. В отличии от мономеров, ленты имеют высокую интенсивность первого оптического перехода, а область поглощения покрывает практически весь видимый оптический диапазон, что свидетельствует о потенциале использования таких материалов в OLED и солнечных технологиях.??2. Исследована зависимость воздействия поверхности NaCl на стабилизацию разных типов структур цикло[18]углерода: полиинового и кумуленового. Обменно-корреляционные функционалы без достаточного вклада Хартри-Фоковского обмена не могут правильно описать геометрию и электронную структуру циклоуглерода. Установлено, что образование гетероструктуры C18/NaCl не играет существенной роли в стабилизации полииновой структуры, получаемой экспериментально. Барьеры движения молекулы по поверхности очень малы, что объясняет свободную миграцию по поверхности, наблюдаемую экспериментально.??3. Разработана модель новых двумерных материалов на основе сверхрешетки квантовых точек из ионов переходных металлов координированных на 2D однослойных и двухслойных нанопористых пленках g-C3N4. Было показано, что оба изомера g-C3N4 могут рассматриваться в качестве суперрешеток квантовых антиточек, которые локализованы на нанопорах, являющихся структурными особенностями обеих двумерных структур. Координация ионов переходных металлов в обеих случаях происходит в области нанопор, превращая их из спин-нейтральных квантовых антиточек в спин-поляризованные квантовые точки. Высокие потенциальные барьеры миграции стабилизируют регулярные ансамбли спиновых квантовых точек, сформированные ионами переходных металлов на изомерах g-C3N4.??4. 2D MOF основанные на Cu с линкерами в виде гексагидроксибензена (HHB), гексааминобензена(HAB), а также предложенные 2D MOF на основе ванадила и гексааминобензена (HAB) обладают спиновым полуметаллическим типом проводимости в одном спиновом канале и ферромагнитным упорядочением магнитных моментов в слое, в то время как Ni-HAB и Ni-HHB демонстрируют металлические свойства с и без спиновой поляризации, соответственно. Используя гибридный функционал HSE06 было выявлено систематическое сужение ширины запрещенной зоны для электронов со спином вниз при расчете методом PBE и систематическая недооценка разницы положений орбиталей в целом. Однако качественно свойства воспроизводятся хорошо, оба подхода выявляют 100% спиновую поляризацию на уровне Ферми в Cu-HHB. Пространственное распределение спиновой плотности VO-HAB показывает, что её большая часть сконцентрирована на атомах ванадия и минимальным на лиганде в отличии от аналога с Cu, что потенциально может свидетельствовать о меньшей когеренции спина на решетке и, следовательно, большем времени жизни спиновых состояний в таких 2D MOF.??5. Среди 16 различных положений FeP на графене с учетом угла вращения молекулы относительно листа найден глобальный минимум, где магнитный атом располагается над связью С-С графена. При этом разница энергий адсорбции между всеми состояниями находится в пределах 0.16 эВ. Таким образом, тепловые флуктуации могут инициировать перемещение молекулы относительно поверхности графена. Результат расчетов показал, что ансамбль FeP на поверхности графена обладает отрицательной энергией обменного взаимодействия (FM-AFM) равной -6,25 мкэВ, что свидетельствует о наличии в системе слабого ферромагнитного упорядочения, которое будет перетекать в низкотемпературное парамагнитное состояние. Было показано, что относительная энергия первого возбужденного состояния железо(II) порфирина (пентетное спиновое состояние) лежит в области IR-A (1.21 эВ), тогда, как энергия второго возбужденного состояния (синглет с открытой оболочкой) лежит в красной спектральной области (1.73 эВ). На поверхности потенциальной энергии миграции железо(II) порфиринового комплекса на графеновой ленте был локализован один глобальный и один локальный минимумы с переходным состоянием между этими двумя конформерами с высотами прямого и обратного барьеров не выше температурного фактора (226 и 75 К, соответственно). Был рассчитан ряд молекулярных полициклических магнитных молекул с центральным атомом железа (FeP, FePc, 16FFePc, FeTPyP). Такие молекулы могут быть упорядоченно нанесены на подложку, например графен, и представлять собой молекулярные строительные блоки для молекулярных квантовых кубитов. В зависимости от структурных особенностей спиновое состояние центрального атома может изменяться что окажет влияние на длительность когерентности и время жизни спиновых состояний. Было определено активное пространство для последующих CASSCF расчетов времени когерентности и определения периода распада спинового состояния на следующем этапе работы.??6. Впервые было изучено взаимодействие между некоторыми атомами щелочных и щелочноземельных металлов (Li, Na, Ca) и двумерными листами двух типов полимеров на основе тетраокса[8]циркулена (TOC). Образование всех рассмотренных полимеров энергетически выгодно. Перенос заряда индуцирует проседание зоны проводимости таким образом, что полимеры начинают обладать металлическим типом проводимости. Допирование кальцием инициирует образование высокой плотности состояний вокруг уровня Ферми и наличие плоских зон, что может являться признаком сверхпроводимости. CASSCF расчет показал, что основным электронным состоянием является синглет с открытой оболочкой со вкладом двух детерминант (-0,6 и 0,4 весовых коэффициентов). Первое возбужденное синглетное состояние расположено на 0.62 эВ выше S0. Такое состояние является перспективным для получения строительных блоков для логических процессов в квантовой технологии.