Энергетические и электронные характеристики кремниевых полипризманов: Исследование с помощью теории функционала плотности

М.А. Гимальдинова ORCID logo , К.П. Катин ORCID logo , М.А. Салем, М.М. Маслов ORCID logo показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 15 октября 2018; Исправлена: 17 октября 2018; Принята: 18 октября 2018
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: М.А. Гимальдинова, К.П. Катин, М.А. Салем, М.М. Маслов. Энергетические и электронные характеристики кремниевых полипризманов: Исследование с помощью теории функционала плотности. Письма о материалах. 2018. Т.8. №4. С.454-457
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2018-4-454-457

Аннотация

Достаточно длинные кремниевые полипризманы более устойчивы, чем более короткие системы, а их HOMO-LUMO щели близки к нулю.В настоящей работе представлены результаты компьютерного моделирования структурных, энергетических и некоторых электронных свойств [n,4]-, [n,5]- и [n,6]силапризманов (полисилаприманов), которые представляют собой особый тип кремниевых одностенных нанотрубок, построенных из дегидрированных молекул циклосиланов (кремниевых колец) Si4-, Si5- и Si6-колец соответственно. При больших n полисилапризманы можно рассматривать как аналоги кремниевых нанотрубок с экстремально малым поперечным сечением в виде правильного многоугольника. В работе были рассчитаны энергии связи, межатомные длины связей и энергетические щели между наивысшей занятой молекулярной орбиталью (HOMO) и самой низкой незанятой молекулярной орбиталью (LUMO) с использованием теории функционала плотности для систем до десяти слоев. Установлено, что [n,4]силапризманы, обладающие большой эффективной длиной (n  ) не являются термодинамически устойчивыми, в то время как [n,5]- и [n,6]силапризманы сохраняют свою сильно напряженную структуру и становятся более термодинамически стабильными при увеличении числа слоев n. Кроме того, анализ HOMO-LUMO щелей показывает, что [n,5]- и [n,6]силапризманы, обладающие большой эффективной длиной, можно отнести к полуметаллам или даже к металлам (проводникам). Таким образом, они в отличие от своих углеродных аналогов могут быть успешно использованы в наноэлектронике в качестве функциональных нанопроводов или в качестве основы для вычислительных логических элементов без какого-либо дополнительного легирования или приложения механических напряжений. Толщины силапризманов сравнимы с толщинами самых маленьких углеродных нанотрубок.

Ссылки (36)

1. P. A. S. Autreto, S. B. Legoas, M. Z. S. Flores, D. S. Galvao. J. Chem. Phys. 133, 124513 (2010). Crossref
2. A. Poater, A. G. Saliner, R. Carbó-Dorca, J. Poater, M. Solà, L. Cavallo, A. P. Worth. J. Comput. Chem. 30, 275 (2009). Crossref
3. A. Poater, A. G. Saliner, L. Cavallo, M. Poch, M. Solà, A. P. Worth. Curr. Med. Chem. 19, 5219 (2012). Crossref
4. K. Ohno, H. Tokoyama, H. Yamakado. Chem. Phys. Lett. 635, 180 (2015). Crossref
5. K. P. Katin, S. A. Shostachenko, A. I. Avkhadieva, M. M. Maslov. Adv. Phys. Chem. 2015, 506894 (2015). Crossref
6. E. A. Belenkov, V. A. Greshnyakov. Phys. Solid State. 55(8), 1754 (2013). Crossref
7. E. A. Belenkov, V. A. Greshnyakov. New Carbon Materials 28(4), 273 (2013). Crossref
8. J. A. Baimova, L. Kh. Rysaeva. J. Struct. Chem. 59(4), 884 (2018). Crossref
9. M. I. Tingaev, E. A. Belenkov. J. Phys.: Conf. Ser. 917, 032013 (2017). Crossref
10. J. A. Baimova, L. Kh. Rysaeva, S. V. Dmitriev, D. S. Lisovenko, V. A. Gorodtsov, D. A. Indeitsev. Mat. Phys. Mech. 33, 1 (2017). Crossref
11. L. Pavesi, R. Turan. Silicon Nanocrystals: Fundamentals, Synthesis, and Applications. Wiley-VCH Verlag GmbH&Co, Weinheim, Germany (2010).
12. S. Yang, W. Li, B. Cao, H. Zeng, W. Cai, J. Phys. Chem. C. 115(43), 21056 (2011). Crossref
13. L. Z. Zhao, W. C. Lu, W. S. Su, W. Qin, C. Z. Wang, K. M. Ho, Phys. Chem. Chem. Phys. 17(41), 27734 (2015). Crossref
14. Y. Yong, X. Hao, C. Li, X. Li, T. Li, H. Cui, S. Lv. RSC Adv. 5(48), 38680 (2015). Crossref
15. B. X. Li, J. H. Liu, S. C. Zhan. Eur. Phys. J. D. 32(1), 59 (2005). Crossref
16. M. B. Ferraro, J. Comput. Methods Sci. Eng. 7, 195 (2007).
17. D. Yao, G. Zhang, B. Li. Nano Lett. 8(12), 4557 (2008). Crossref
18. Z. Wu, J. B. Neaton, J. C. Grossman. Nano Lett. 9(6), 2418 (2009). Crossref
19. W. Zhigang, J. B. Neaton, J. C. Grossman. Phys. Rev. Lett. 100(24), 246904 (2008). Crossref
20. Q. Zhang, W. Zhang, W. Wan, Y. Cui, E. Wang. Nano Lett. 10(9), 3243 (2010). Crossref
21. M. C. Wingert, S. Kwon, M. Hu, D. Poulikakos, J. Xiang, R. Chen. Nano Lett. 15(4), 2605 (2015). Crossref
22. R. Epur, P. J. Hanumantha, M. K. Datta, D. Hong, B. Gattu, P. N. Kumta. J. Mater Chem. A. 3(20), 11117 (2015). Crossref
23. H. Matsumoto, K. Higuchi, S. Kyushin, M. Goto, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 31, 1354 (1992). Crossref
24. A. Sekiguchi, T. Yatabe, C. Kabuto, H. Sakurai. J. Am. Chem. Soc. 115, 5853 (1993). Crossref
25. C. Lee, W. Yang, R. G. Parr. Phys. Rev. B. 37, 785 (1988). Crossref
26. A. D. Becke, J. Chem. Phys. 98, 5648 (1993). Crossref
27. R. Krishnan, J. S. Binkley, R. Seeger, J. A. Pople. J. Chem. Phys. 72(1), 650 (1980). Crossref
28. M. B. Javan. Phys. E. 67, 135 (2015). Crossref
29. D. L. Strout. J. Phys. Chem. A. 110(11), 4089 (2006). DOI: 0.1021/jp0563540.
30. E. A. Belenkov, V. A. Greshnyakov. J. Mater. Sci. 50(23), 7627 (2015). Crossref
31. M. M. Maslov, K. P. Katin, Chem. Phys. Lett. 644, 280 (2016). Crossref
32. R. G. Parr, W. Yang. Density-Functional Theory of Atoms and Molecules. Oxford University Press, New York, USA (1989).
33. I. S. Ufimtsev, T. J. Martínez. J. Chem. Theory Comput. 5(10), 2619 (2009). Crossref
34. A. V. Titov, I. S. Ufimtsev, N. Luehr, T. J. Martínez. J. Chem. Theory Comput. 9(1), 213 (2013). Crossref
35. J. Kästner, J. M. Carr, T. W. Keal, W. Thiel, A. Wander, P. Sherwood. J. Phys. Chem. A. 113(43), 11856 (2009). Crossref
36. T. P. M. Goumans, C. R. A. Catlow, W. A. Brown, J. Kästner and P. Sherwood. Phys. Chem. Chem. Phys. 11, 5431 (2009). Crossref