Влияние метилирование поверхности на устойчивость наночастиц кремния — страница 3

  • Просмотров 1134
  • Скачиваний 53
  • Размер файла 172
    Кб

наночастиц кремния, содержащей 29 атомов Si, поверхностные болтающиеся связи которых насыщены водородом в различных сочетаниях. Для расчета пространственной и электронной структуры кластеров нами был использован нетрадиционный метод сильной связи, недавно развитый З.М.Хакимовым.[1,2] В данной работе предпринята попытка моделировать кластер минимального размера Si29 с поверхность которой насыщена частично или полностью

метильными группами. При этом, в качестве исходного кластера принят димеризованный кластер Si29D. В случае частичного насыщения поверхностных атомов кремния метильными группами, остальные несвязанные орбитали насыщены атомами водорода. Нами рассмотрены иммобилизация метильных групп на поверхность димеризованного гидрогенизированного кластера в различных соотношениях, например, кластеры с 1, 2, 4 и 24 метильными группами.

Следует отметить, что диаметр нанокластера кремния Si29H24, составляет ~1.1 нм. Ядро кластера, состоящая из атомов кремния, имеет диаметр 0.77 нм. а б Рис. 1. Структура кластеров с частичным (а) и полным (б) метилированием поверхности. В табл. 3 приведены результаты исследования влияния гидрогенизации на метил-содержащий кластер Si29D, откуда видно, что хотя насыщение приводит к уширению щели ВЗМО-НСМО, тем не менее метильная группа сужает

щель до 0.814 эВ. Это на 0.16 эВ меньше, чем в чистом гидрогенизированном кластере Si29H24 (0.972 эВ). Энергия атом-атомного отталкивания с учетом эффектов корреляции электронов в случае водородного насыщения уменьшается на ~10%. Энергия химического связывания между атиомами кремния также уменьшается, что по-видимому связано с оттоком части электронной плотности к периферийным атомам, связанным с атомами водорода. Заряд на атоме кремния,

связанном с метильной группой не изменяется с гидрогенизацией. Однако, наблюдается дополнительный отток электронов от кластера к атому углерода и его заряд увеличивается от (-0.88) до (-0.92). Табл. 1. Влияние иммобилизованного на поверхность кластера метильной группы на свойства кластера. СH3-Si29 Si29H24 Si29D Eg, эВ 0,814 0,0035 ESiSi, эВ -5,061 -5,197 ESiC, эВ -5,418 -5,462 ZSi(C) 0,63 0,64 ZC -0,92 -0,88 Влияние зарядового состояния гидрогенизированного кластера Si29H24,

иммобилизованного метильной группой изучена для нейтральной, отрицательного, положительного и дважды положительного заряжовых состояний (табл.2). Табл. 2. Влияние зарядового состояния метилированного кластера СH3:Si29H24 на энергию когезии и распределение зарядов между атомами. 0 + ++ Eполн., эВ 190,724 184,055 174,717 ΔZ C (-0,92) H (0,23) Si (0,19) -0,23 -0,12 0,013 C (-0,82) H (0,24) Si (0,15) -0,22 -0,02 0,03 C (-0,78) H (0,25) Si (0,12) -0,21 0,04 0,05 Нами также рассчитаны вертикальный и