Введение к работе
Актуальность теуы. В последние годы интерес к исследованию кластеров возрастает благодаря их необычным свойствам. Кластеры представляют собой промежуточное звено между молекулярным и конденсированным состояниями, поэтому они могут проявлять свойства как тех, так и других, что приводит к появлению качественно новых свойств. При их исследовании возникают принципиальные вопросы, такие как: при каких размерах кластера можно говорить о свойствах конденсированного вещества; насколько может измениться равновесная конфигурация атомов при выделении кластера из конденсированной фазы; переходят ли растущие кластеры постепенно от одной стабильной структуры к другой через добавление атомов без существенной перестройки или же они претерпевают качественные изменения. Известны работы, посвященные исследованию стабильности и геометрии кластеров, приводящие к результатам, отличающимся от данных для кристаллов или аморфных сплавов. Существенное значение имеет также электронная структура кластеров, степень ее корреляции с электронной структурой соответствующего конденсированного состояния. Данная работа посвящена теоретическому исследованию геометрии и электронных свойств гетерокластеров.
Развитые в последнее время вычислительные методы анализа структуры и электронных свойств кластеров позволяют добиваться достаточно надежных предсказаний. В частности, существенное распространение получили расчеты электронной структуры, а также компьютерное моделирование структуры кластеров при конечных температурах методом молекулярной динамики (МДь Большое внимание уделяется самосогласованным расчетам из первых принципов одновременно электронной структуры и геометрической конфигурации кластера, в частности, задачам, требующим анализа геометрических конфигураций и электронного строения гетерокластеров, которые связаны с моделированием свойств молекул, изолированных в низкотемпературных матрицах. Методы
матричной изоляции являются интенсивно используемыми и часто единственно возмокными приемами экспериментального исследования реакционноспособных частиц, в частности, кластеров щелочных металлов.
Целью работы было выявление возможностей теоретического описания, взаимосвязи атомной структуры и электронных свойств бинарных кластеров и окружающей их среды. Для решения этой проблемы
проведено моделирование структуры кластеров систем металл-неметалл (ni-p. ni-b. Fe-P. Fe-в ) с разным соотношением компонентов и выявление закономерностей влияния состава на структуру кластеров, а также сравнение полученных данных с результатами моделирования аморфных систем;
выполнены расчеты электронной структуры кластеров системы ні-р и определена зависимость электронной структуры кластеров от симметрии и состава, на этой основе объяснены экспериментальные спектры для аморфных сплавов ni-f;
разработан метод описания электронных свойств молекул и кластеров, изолированных в матрицах из атомов благородного газа; и на этой основе рассчитано перераспределение электронного заряда на примере литиевых кластеров в матрице из атомов аргона, а также показано влияние локального окружения кластера внедрения матричными атомами на распределение электронной плотности кластера.
Научная новизна и практическая ценность. В работе
Проведено ВД-МОДеЛИрОВаНИе Структуры кластеров Ni-P. Ni-B.
Fe-p, Fe-в с разным соотношением компонентов. Процесс формирования этих кластеров ранее не изучался, но существует большое количество работ по аморфным сплавам этих систем. Показано, что строение кластеров отличается от микроструктуры соответствующих аморфных сплавов, что объясняется конкуренцией близкодействующих и дальнодействующих взаимодействий.
В диссертации представлены результаты расчета электронной структуры кластеров Ni-p, а также проведено сравнение полученных результатов с теоретическими и
экспериментальными данными по аморфному сплаву ni-p. Расчет кластеров Ni-P позволил установить, что изменения, происходящие на расстояниях больших, чем первая координационная сфера, как при сохранении симметрии, так и при ее нарушении существенно влияют на валентную область ni-p, что указывает на существенную роль ближнего порядка в формировании электронной структуры аморфной системы.
В диссетационной работе предложена новая методика расчета электронных свойств матрично-изолированных малых кластеров, которая представляет собой комбинацию методов Хартри-Фока гХФь функционала электронной плотности гФЭП і и молекулярной динамики (МД), а также рассмотрены свойства малых кластеров лития, изолированных в аргоновой матрице. На защиту выносятся следующие положения: і. Результаты моделирования структуры кластеров систем металл-неметалл типа Ni-p. tu-в. Fe-F. Fe-в с различным соотношением компонентов.
-
Результаты исследования электронной структуры кластеров системы Ni-P с различным соотношением компонентов и разной симметрией.
-
Разработанный метод расчета пространственной и электронной структуры кластеров, внедренных в матрицу из атомов благородных газов.
4. Результаты расчета электронной плотности в
кластерах, помещенных в матрицу благородного газа; влияние
локального окружения (ближнего порядка) на распределение
заряда.
Апробация работы. Результаты работ докладывались на Международном симпозиуме по физике и химии конечных систем: От кластеров к кристаллам- (Ричмонд, США, 1991); на Международной конференции -Физика и химия матрично-изолированных частиц- (Хельсинки, Финляндия, 1993);.на семинаре по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул (Пушино, 1993).
Объем работы. Диссертация изложена на эз страницах машинописного текста, включает 22 рисунка, в таблиц,
библиография содержит В2 названия.