В рассматриваемом проекте предлагается подход, в котором моделирование квази-однопериодических систем сводится к неэмпирическим расчетам последовательности однопериодических систем, приготовленных на основе аппарата line-групп. Использование специальной последовательности однопериодических систем с рациональным порядком винтовой оси, принадлежащем некоторому численному интервалу, позволяет получить непрерывную аппроксимацию любых свойств исследуемых объектов в указанном интервале. Таким образом, при надлежащем выборе указанного интервала реализуется возможность расчета тех или иных свойств квази-одномерных (непериодических) систем путем интерполяции данных, полученных для периодических систем. В частности, дифференцирование найденных зависимостей дает возможность определить порядки винтовых осей, соответствующие минимумам полной энергии, а также любые другие свойства, отвечающие найденным стационарным состояниям.Предложенный подход планируется использовать на поиск фундаментальных соотношений структура-свойство для наногелиценов как характерных представителей квази-однопериодических наноструктур. В качестве конкретных объектов исследования выбраны различные классы наногелиценов (т.е. производные гелицена, бесконечно продолженные вдоль винтовой оси). Внутренне присущая таким спиралям «пружинная» топология, а также уникальные свойства π-сопряженной системы, продолженной вдоль оси, делает наногелицены чрезвычайно перспективными для нанотехнологического применения. В число задач данного исследования входит теоретический анализ атомной и электронной структуры наногелиценов с позиции line-групп, а также неэмпирические расчеты двухпараметрических карт зависимости электронных, магнитных и механических свойств наногелиценов от аксиального и торсионного напряжений.
В работе к настоящему моменту проведено квантовохимическое исследование энергетических, электронных и магнитных свойств гексагональных наногелиценов терминации «зиг-заг» и «кресло» в зависимости от торсионной деформации. Было получено, что для металлических гексагональных наногелиценов в случае «зиг-заг» терминации наиболее выгодно образование антиферромагнетика, в то время как в случае терминации «кресло» более выгодно спонтанное понижение симметрии по механизму Пайерлса.
В работе впервые неэмпирически исследован важный частный случай наногелиценов с четным n (определяет ширину ленты) – спиральные полиацетилены. Известно, что данные нанообъекты являются металлами, которые подвергаются спонтанному понижению симметрии типа Пайерлса. Торсионные энергетические кривые различных состояний спиральных полиацетиленов, впервые полученные квантовохимически, согласуются с этим фактом, что является дополнительным подтверждением корректности наших расчетов. Тем не менее, спиральные полиацетилены более сложной структуры, чем синтезируемые в настоящий момент, могут подвергаться переходу Мотта-Хаббарда, а значит, проявлять антиферромагнитное упорядочение.
Для всех объектов исследования были получены зависимости электронных свойств от торсионного напряжения. В частности, было показано, что ширина запрещенной зоны полупроводников в значительной степени меняется при скручивании или закручивании наногелиценов. Важным моментом также является зависимость от угла кручения типа перехода, происходящего спонтанном понижении симметрии. Иначе говоря, в зависимости от степени торсионного напряжения, могут появляться или исчезать магнитные свойства наногелиценов. Таким образом, данные системы являются уникальными объектами, перспективными для применения в различных магнито-электромеханических наноустройствах.
В работе проводилось квантовохимическое моделирование наногелиценов различной морфологии и терминации. Неэмпирические расчеты выполнены в рамках гибридного метода теории функционала плотности. Для исследования различных состояний, обусловленных спонтанным понижением симметрии различных типов, комбинировались ограниченный и спин-поляризованный варианты метода функционала плотности.
В результате исследования было показано, что наногелицены являются структурами без трансляционной периодичности, но обладающими спиральной периодичностью. Найдено, что наногелицены, являющиеся металлами, подвергаются спонтанному понижению симметрии типа Пайерса или Мотта-Хаббарда. Исследованы зависимости энергетических, электронных и магнитных свойств от торсионного напряжения. Разработан метод получения электронных зонных картин в «спиральной» зоне Бриллюэна из данных, представленных в «трансляционной» классификации.
Полученные данные по спиральным полиацетиленам (являющихся частным случаем наногелиценов) показывают, что в зависимости от строения, спиральные полиацетилены могут проявлять не только переход металл-изолятор типа Пайерлса, но и переход Мотта-Хаббарда, что приводит к возникновению антиферромагнетизма.
Для всех исследованных наногелиценов проявляется значительная зависимость электронных и магнитных свойств от угла кручения, причем свойства меняются обратимо, что делает данные наноструктуры перспективными для магнито-электро-механических наносенсоров.
Р.А.Эварестов: Общее руководство проектом, анализ полученных результатов и написание статей.
В.В.Порсев: Квантовохимический расчет торсионных кривых [1.2], [2.2]гелиценов и [1.0], [2.0]гелиценов (спиральных полиацетиленов) во всех состояниях. Анализ полученных результатов и написание статей. Создание программы для автоматизации перевода классификации электронных состояний из трансляционной факторизации в спиральную.
А.С.Борисова: Квантовохимический расчет торсионной кривой ac[1.1]гелицена в металлическом диамагнитном состоянии.
А.В.Домнин: Квантовохимический расчет торсионных кривых ac[1.1]гелицена в ферромагнитном, антиферромагнитном и полупроводниковом состояниях.
Д.Д.Куруч: Квантовохимический расчет торсионной кривой trig[1.1]гелицена в металлическом диамагнитном состоянии.
| Acronym | RSF_SRG_2022 - 1 |
|---|
| Status | Finished |
|---|
| Effective start/end date | 1/01/22 → 31/12/22 |
|---|
