Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2021
Ключевые слова: двумерные материалы, компьютерное моделирование, метал-органические каркасные наноструктуры, dft, топологические состояния, электронные корреляции
Аннотация: 1. Был исследован ряд эффектов нарушения трансляционной инвариантности, топологи и квантовой стабильности ряда низкоразмерных атомарных решеток как существующих, так и гипотетических 2D аллотропов углерода, состоящих из 4-, 5-, 6-, 7- и 8-членных углеродных колец. Было установлено, что внедрение в гексагональную решетку графена супПоказать полностьюеррешеток дефектов, которые порождают противоположную по знаку и равную по абсолютному значению локальную кривизну не приводит к полной компенсации различных структурных искажений за счет понижения симметрии, нелокального характера внедряемых фрагментов и некомпенсированных структурных напряжений. Было показано, что важную роль в структурной стабилизации могут играть силы Ван-дер-Ваальса и эффекты ароматического резонанса, если они по энергии превышают внутрирешеточные механические напряжения. Трансляционная инвариантность приводит к искусственной стабилизации низкоразмерных решеток, склонных к тем или иным нарушениям топологии за счет необоснованно-наложенных симметрийных ограничений. В ряде случаев, когда внутренние механические напряжения приводят к разрушению трансляционной инвариантности решеток, расчеты дисперсии фононов дают ошибочное отсутствие мнимых мод в фононных спектрах. 2. Была предложена и теоретически исследована структура и свойства наноалмазных островков, заключенных между двумя конечными графеновыми фрагментами (NDI-c2G). DFT моделирование показало, что слияние плоских ароматических молекул с двумя графеновыми фрагментами может формировать наноалмазные островки кубической либо гексагональной симметрии, сопровождающиеся образованием локальных гофрированных sp3 участков структурно встроенными в графеновые подрешетки. Образование NDI-c2Gs приводит к локализации HOMO и LUMO электронных состояний на различных фрагментах NDI-c2Gs. Результаты показывают, что NDI-c2G следует рассматривать как сильно коррелированные системы с потенциалом применения в квантовых приложениях.3. Используя периодические DFT расчеты, были оптимизированы геометрии и исследованы барьеры диссоциации прекурсоров цикло[18]углерода терминированного Br или CO группами. Доказано, что парциальные заряды между инертной поверхностью NaCl и молекулой стабилизируют реакцию диссоциации. Установлено, что барьеры дебромирования и декарбонилирования довольно высоки и составляют ~2.2 эВ. Наложение электрического поля не дает значительного эффекта, хотя и незначительно снижет барьер реакции для С18(CO)6 до ~2 эВ. В случае отрицательно заряженных систем энергия барьера диссоциации одного атома Br в C18Br6 значительно меньше по сравнению с соответствующей энергией C18(CO)6 и составляет 0.7 эВ. Механизм реакции объясняется заселением разрыхляющей орбитали С-Br в заряженной системе. Теоретически объяснен механизм синтеза цикло[18]углерода из разных прекурсоров и интерпретирована значительная разница в выходе продукта.4. Используя сканирующую туннельную микроскопию (STM) и теорию функционала плотности (DFT), мы непосредственно определили пространственное и энергетическое распределение суператомных молекулярных орбиталей (SAMO) пленок Li@C60, адсорбированных на поверхности Cu(111). Обнаружено, что характеристики SAMO с точки зрения формы волновой функции и энергии относительно уровня Ферми довольно чувствительны к положению Li из-за различного перераспределения заряда. Подложка влияет на межмолекулярные расстояния в пленках Li@C60 и изменяет ширину и дисперсию зон образованных SAMO, сохраняя при этом их энергии, аналогичную энергиям изолированного монослоя Li@C60. Таким образом, правильно подобранная подложка может быть полезной для контроля Li и стабильности SAMO. Полученные результаты дают новое представление о проектировании и разработке SAMO молекулярных пленок.5. Используя DFT приближение, рассчитана зонная структура MOF на основе бензолгексола с ванадилом. Показано наличие 100% спиновой поляризации на уровне Ферми с полупроводниковыми свойствами в одном спиновом канале и полуметаллическими в другом. Выявлено несколько спин-поляризованных конусов Дирака вблизи уровня Ферми, в также выше и ниже его. Учет спин-орбитального взаимодействия приводит к смещению конуса ближе к уровню Ферми, а также к расщеплению двух конусов, лежащих выше и ниже, что указывает на наличие слабых топологических свойств. Учитывая спин-зависимое наличие состояний на уровне Ферми данные 2D MOF являются весьма перспективными для получения спин-поляризованного электрического тока и применения в устройствах спинтроники.6. В рамках теории функционала плотности были рассчитаны зонная структура, поверхность Ферми и распределение плотности заряда в системе (EMIM)xFeSe, где EMIM – это катион 1-этил-3-метилимидазол. Выявлено наличие положительного заряда на катионах EMIM и отрицательного заряда на слоях FeSe, что говорит о том, что FeSe захватывает электроны во время электрохимической реакции и становится анионом. То есть интеркаляция катионов EMIM посредством электрохимического процесса позволяет осуществлять электронное легирование FeSe. Расчеты электронной структуры показали отсутствие дисперсии у зон вблизи уровня Ферми в направлении, перпендикулярном плоскости слоя FeSe, что приводит к квазидвумерному характеру поверхности Ферми. Наличие EMIM приводит к смещению химического потенциала, что обусловлено электронным легированием слоев FeSe в (EMIM)xFeSe. В результате чего уровень Ферми пересекает большее количество зон, по сравнению с зонной структурой нелегированного FeSe. Все это приводит к изменению топологии поверхности Ферми и появлению небольших электронных карманов, что может играть решающую роль в формировании высокотемпературной сверхпроводимости. 7. Была разработана и применена модель для высокопроизводительного поиска 2D MOF. Исследуя базу данных известных MOF, среди порядка 700000 структур были отобраны ~4700 слоистых MOF с активными центрами на основе атомов меди, которые будут использованы в дальнейших DFT расчетах. В отчетном периоде было опубликовано 4 статьи в международных журналах из списка Scopus и Web of Science в журналах Q1 и Q2.