Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время нанотехнология находится в самом начале пути, и лишь отдельные простейшие наноструктуры могут создаваться контролируемым образом. Наука об атомах и простых молекулах, с одной стороны, и наука о веществе, охватывающая микроструктуры и более крупные масштабы, с другой, в целом, вполне сформированы. Остаётся область нанометрового масштаба — примерно от 1 до 100 молекулярных диаметров, - определяющая фундаментальные свойства материалов.
Последние двадцать лет XX века особое внимание уделялось исследованию, в частности, тонких плёнок, в том числе и алюминия [1-3], и их свойств, связанных с межэлектронным взаимодействием [1], фононами [2], особенностями плотности состояний [3].
Исследование наноструктур составляет важный раздел физики конденсированного состояния и материаловедения. В последнее время успешно развиваются такие методы исследования как, например, использование сканирующего туннельного или просвечивающего электронного микроскопа в сочетании с теоретическим моделированием для визуализации периодических структур. Помимо экспериментальных методов, применимых только к существующим структурам, вычислительные методы и компьютерный эксперимент для систем многих частиц применяются во всех областях науки, где используется термин «нанотехнология».
С развитием нанотехнологии появляются новые возможности синтеза наноструктур. В частности, становится возможным получение собственно на-ночастиц и нанокластеров как на подложках, так и в свободном состоянии, а также получение всё более тонких плёнок толщиной до одного монослоя. Становится возможным получать нанокластеры заданных размеров и формы [4], а также исследовать свойства отдельных наночастиц [5-6].
В последнее время сильно возрос интерес к исследованию электронной структуры нанообъектов, а также к электронной и фононной плотности состояний [7-8]. Однако фундаментальный вопрос нанофизики - почему свойства наночастицы столь кардинально зависят от числа атомов в ней - не имеет в настоящее время ответа. При всей очевидной сильнейшей зависимости свойств наноструктур от размера частиц исследования именно с этой точки зрения находятся практически в начальном состоянии [7, 9].
Цель работы
Целью настоящей диссертации является установление зависимости локальной плотности состояний квадратного нанокластера алюминия от числа составляющих его атомов.
Были поставлены следующие задачи:
-
установить зависимость локальной плотности состояний от числа частиц в нанокластере алюминия;
-
исследовать влияние на локальную плотность состояний нанокластера внедрённого в него атома кислорода;
3. учесть при моделировании тот факт, что вклад граничных атомов в локальную плотность состояний отличается от вклада атомов, находящихся внутри кластера;
Научная новизна результатов
Научная новизна результатов состоит в том, что автором впервые:
-
Показано, что локальная плотность состояний квадратного нанокластера алюминия при малых размерах нанокластера изменяется скачкообразно и стремится к насыщению при увеличении числа частиц в нём.
-
Учёт влияния атомов, находящихся в различных положениях, на локальную плотность состояний электрона в нанокластере проведён с учётом энергии связи электрона с этими атомами, зависящей от числа атомов в кластере.
-
Показано, что замена одного атома алюминия на атом кислорода изменяет локальную плотность состояний электрона в этом узле, но не оказывает влияния на её характер и поведение в целом, что говорит об устойчивости вычислительной схемы расчёта локальной плотности состояний относительно малых возмущений.
Научная и практическая значимость работы
Результаты работы показывают, что с помощью обобщённой модели Хаббарда можно рассчитать электронную плотность состояний квадратного нанокластера алюминия. Зависимость электронной плотности состояний от числа атомов является важным обстоятельством при синтезировании наноча-стиц с новыми или заданными свойствами, а также при изучении свойств различных нанообъектов.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Локальная плотность состояний квадратного нанокластера алюминия проявляет сильную зависимость от числа частиц и местоположения атома в кластере.
-
При увеличении числа частиц квадратного нанокластера алюминия локальная плотность состояний стремится к насыщению, а при достаточно больших значениях числа частиц (не менее 100) практически одинакова для всех атомов.
-
Замена одного атома алюминия на атом кислорода изменяет локальную плотность состояний в этом узле, но не оказывает влияния на характер плотности состояний в целом.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ХП Международном симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника» (Нижний Новгород, 10-14 марта, 2008), V Сибирском семинаре по сверхпроводимости и смежным проблемам ОКНО-2007 (Красноярск, 13-15 сентября,
2007), а также на VI Сибирском семинаре по сверхпроводимости и смежным проблемам ОКНО-2008 (Омск, 16-17 сентября, 2008).
Публикации
Список публикаций автора по теме диссертации составляет 5 научных публикаций, список которых приведён на стр.19.
Личный вклад соискателя
Тиховская Н.В. принимала непосредственное участие на всех этапах научно-исследовательской работы по теме диссертации: в постановке задач исследования, проведении аналитической и вычислительной работы на ПЭВМ, анализе и обсуждении результатов расчёта, в подготовке и написании научных статей.
Структура и объём диссертации
Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения. Объём диссертации составляет 101 страницу машинописного текста, в том числе 30 рисунков, 2 таблицы и список цитируемой литературы из 113 наименований.
