Квантово-химическое моделирование строения и свойств локальных дефектов в широкозонных полупроводниках и диэлектриках
Изучение халькогенидных стеклообразных полупроводников, оксидов германия, кремния и комбинированных центров в алмазах на основе вакансии и атомов азота с помощью квантово-химического моделирования. Выяснение поглощающих свойств локальных дефектов.
Рубрика | Химия |
Вид | автореферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 27.02.2018 |
Размер файла | 216,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Одинарные и двойные кислородные вакансии (OV и DOV).
Фото- поглощающие свойства кислородной вакансии (рис. 14) в оксиде кремния изучались как теоретически, так и экспериментально. Согласно литературным данным, рассчитанные энергии вертикального перехода S0-S1 лежат в интервале 7.0-7.5 эВ и неплохо согласуются с экспериментальным значением ~7.6 эВ. При моделировании OV в оксиде германия была найдена примерно такая же величина, но при этом использовался недостаточно полный базис на германии. Этот вопрос требует уточнения, и наши исследования были сконцентрированы на оксиде германия. При дефиците кислорода две OV могут объединяться, формируя двойную вакансию. Согласно имеющимся данным для SiO2, энергия возбуждения при этом снижается примерно на 1 эВ. Люминесценция на этом дефекте не изучалась.
В основном состоянии кислородной вакансии (синглет S0) расстояние Ge-Ge после удаления кислорода снижается с ~ 3.2 до~2.5 Е, что лишь на 0.1 Е больше, чем в Ge2H6. Длины связей Ge-O в ближайшем окружении дефекта почти не меняются, т.е. смещения атомов при возникновении дефекта обеспечиваются вариациями нежестких параметров - торсионных углов и углов Ge-O-Ge. Аналогичные результаты имеют место и для двойной вакансии.
Энергии возбуждений были рассчитаны в рамках CCSD и CIS(D) с валентно-двухэкспонентным базисом, включающим диффузные и поляризационные АО на атомах активной области. Возможности такого подхода были протестированы на молекуле Ge2H6. Для первых двух возбужденных состояний погрешности расчета составили ~ 0.1 эВ. Для моделирования использовались кластеры разного размера, перечисленные в табл. 3, в которых положения атомов Ge и O взяты из большого кластера. Рассчитанные значения энергий возбуждения отличаются мало (табл. 3). Согласно полученным результатам, возбуждение двойной вакансии (DOV) требует на 1 эВ более низкой энергии, чем одинарной, что хорошо согласуется с литературными данными для оксида кремния. При этом наиболее вероятен переход во второе состояние. Отсюда следует, что использованная для нанопроволок энергия возбуждения может активировать по крайней мере два наиболее низких состояния в рамках однофотонных Франк-Кондоновских переходов.
Таблица 3. Рассчитанные энергии вертикальных возбуждений (Е, эВ) и силы осцилляторов (f, курсив) для низших синглетных состояний OV и DOV.
Дефект, кластер |
S1: E, f |
S2: E, f |
S3: E, f |
|
OV, (H3Ge'O)3Ge-Ge(O(Ge"H3)3)3, CIS(D) |
6.73, .35 |
6.85, .39 |
6.96, .24 |
|
OV, (H3Ge'O)3Ge-Ge(O(Ge"H3)3)3, CCSD |
6.81 |
6.94 |
7.03 |
|
DOV, (H3Ge'O)3Ge-Ge(OGe"H3)2-Ge(OGe"'H3)3, CIS(D) |
5.54, .39 |
5.84, .53 |
6.17, .07 |
|
DOV, (H3Ge'O)3Ge-Ge(OGe"H3)2-Ge(OH)3, CIS(D) |
5.58, .30 |
5.87, .52 |
6.21, .11 |
|
DOV, (H3Ge'O)3Ge-Ge(OGe"H3)2-Ge(OH)3, CCSD |
5.60 |
5.90 |
||
DOV, (HO)3Ge-Ge(OGe"H3)2-Ge(OGe"'H3)3, CIS(D) |
5.48, .16 |
5.87, .68 |
6.17, .10 |
|
DOV, (H3Ge'O)3Ge-Ge(OH)2-Ge(OGe"'H3)3, CIS(D) |
5.61, .40 |
5.80, .46 |
5.99, .20 |
|
DOV, (HO)3Ge-Ge(OGe"H3)2-Ge(OH)3, CIS(D) |
5.56, 0.03 |
5.74, .56 |
6.07, .31 |
Таблица 4. Относительные энергии (Е, эВ) и силы осциллятора (f, курсив) для низших синглетных состояний дефектов OV и DOV с геометрическими параметрами, оптимизированными для возбужденных состояний
Дефект, кластер, исходное состояние, метод |
E(Sn), f(0-n) |
|
OV, (H3Ge'O)3Ge-Ge(O(Ge"H3)3)3, S1, CIS(D); CCSD |
2.72, 0.80; 3.08 |
|
OV, (H3Ge'O)3Ge-Ge(O(Ge"H3)3)3, S2, CIS(D); CCSD |
2.98, 0.10; 3.31 |
|
DOV, (H3Ge'O)3Ge-Ge(OGe"H3)2-Ge(OGe"'H3)3, S2, CIS(D) |
2.19, 0.45 |
|
DOV, (H3Ge'O)3Ge-Ge(OGe"H3)2-Ge(OH)3, S2, CIS(D); CCSD |
2.17, 0.43; 2.63 |
У одиночной вакансии первые возбуждения приводят к разрушению связи Ge-Ge, длины остальных связей меняются слабо. Согласно полученным в рамках CCSD результатам, энергии фотолюминесценции OV из состояний S1 и S2 составляют 3.1 и 3.3 эВ (табл. 4). В двойной вакансии при оптимизации строения для состояния S1 энергетическая разница между S1 и S0 снижается почти до нуля, что соответствует безизлучательному переходу. Оптимизация структуры состояния S2 приводит к увеличению расстояния Ge1-Ge2 и уменьшению - Ge2-Ge3. В этой точке потенциальной поверхности энергия перехода S2S0 близка 2.6 эВ и имеет значительную силу осциллятора (табл.4), что согласуется с данными для нанопроволок. Для S2S1 эта величина на два порядка меньше, и первый канал люминесценции должен иметь подавляющее преимущество.
Глава 4. Структура и оптические свойства дефектов с участием вакансии и атомов азота в алмазе.
В данной работе квантово-химическое моделирование фрагментов решетки алмаза и включенных в нее NV-дефектов было выполнено с тремя типами модельных кластеров, в которых связи на границе замкнуты атомами водорода: C21H28 (А1), C35H36 (А2), C51H52 (А3). В кластерах А2 и А3 оптимизированы координаты атомов первой и второй оболочек, а также атомов Н, граничные атомы углерода фиксированы в кристаллических позициях. Малые кластеры оптимизированы полностью. Рассчитанные длины связей С-С находятся в хорошем соответствии с данными эксперимента для всех рассмотренных моделей (отклонения ~ 0.01 - 0.03 Е). При моделировании NV-дефектов вакансия размещалась в центре системы, один, два или три атома С внутренней оболочки замещались атомами азота (рис. 15). Координаты граничных атомов фиксировались в тех же позициях, что и в бездефектной системе, положения атомов из первой и второй оболочек оптимизировались. Базисный набор дополнен диффузными функциями на атомах первой и второй оболочек.
А1, C19NVH28 A2, C32N2VH36 A2, C31N3VH36
Рис. 12. Кластеры, моделирующие NV - дефекты в алмазе
Использование кластеров разных размеров дает качественно сходные результаты. При появлении дефекта атомы внутренней оболочки смещаются от центра системы на ~ 0.20 - 0.25 Е в малых кластерах (А1) и на ~ 0.10 - 0.12 Е в системах большего размера. Атомы второго слоя смещаются гораздо слабее - на ~ 0.01 Е.
Для дефекта NV- была выполнена оптимизация геометрических параметров первых возбужденных состояний в рамках CASSCF. Переходы из основного состояния в 23A” и 13A' приводят к смещению атомов, контактирующих с вакансией, на 0.05 -0.07 ?. Позиции атомов из следующего слоя почти не меняются. Такая деформация будет активировать колебания, моды которых максимально соответствуют найденным смещениям. Для их идентификации в приближении B3LYP были выполнены расчеты частот в кластерах А2 и А3, моделирующих дефект NV-1 в алмазе. При этом было найдено одно колебание, дающее аналогичные смещения атомов. Рассчитанные частоты для него близки к 0.074 - 0.072 эВ. Эта величина находится в хорошем согласии с наблюдаемым шагом прогрессии для полос фотопоглощения и фотолюминесценции дефекта NV-1 в алмазе.
Моделирование вертикальных возбуждений в рамках функционала плотности с использованием гибких базисов, включающих диффузные функции, приводит, как правило, к существенно заниженным энергиям переходов (табл. 5, 6).
Таблица 5. Вертикальные энергии возбуждений (эВ, верхние строки) и силы осцилляторов (нижние строки, курсив) в рамках TD-B3LYP для дефекта NV-1.
C19NV-1H28 |
13E |
23A” |
23E |
33A” |
33E |
13A' |
43E |
43A” |
53E |
|
6-31G |
1.78, .0633 |
3.58, .0010 |
3.66, .0119 |
4.46, .0392 |
4.33, .0061 |
4.45, .0000 |
4.39, .0071 |
4.51, .0090 |
4.49, .0102 |
|
1-16: 6-31+G*; 17-20: 6-31+G |
1.37, .0933 |
1.77, .0004 |
1.84, .0136 |
2.03, .0391 |
2.06, .0086 |
2.09, .0000 |
2.14, .0160 |
2.26, .0071 |
2.40, .0024 |
|
C33NV-1H36 |
13E |
23E |
23A” |
13A' |
33E |
43E |
33A” |
43A” |
43E |
|
1-34: 6-31+G* |
1.39, .1235 |
1.48, .0161 |
1.59, .0121 |
1.74, .0003 |
1.77, .0055 |
1.78, .0039 |
1.79, .0027 |
1.98, .0002 |
2.04, .0542 |
Таблица 6. Энергии вертикальных возбуждений (в эВ) и силы осцилляторов (курсив) в рамках TD-B3LYP для дефекта N2V0 с различными модельными кластерами.
B3: 6-31+G* для атомов первого и второго слоев вокруг вакансии, 6-31G для остальных.
B4: 6-311+G* для атомов первого и 6-31+G* для атомов второго слоев.
N2V0, s |
11B1 |
11A2 |
21A1 |
11B2 |
31A1 |
|
A1-a, B3 |
2.19, .039 |
2.49, .000 |
3.38, .058 |
3.60, .006 |
3.69, .005 |
|
A1-a, B4 |
2.12, .040 |
2.36, .000 |
3.44, .056 |
3.65, .050 |
3.73, .053 |
|
A1-b, B4 |
1.73, .046 |
2.11, .000 |
3.22, .036 |
3.41, .024 |
3.46, .019 |
|
A2-a, B3 |
2.14, .072 |
2.37, .000 |
3.07, .043 |
3.48, .003 |
3.52, .005 |
|
A2-b, B3 |
1.85, .083 |
2.22, .000 |
2.84, .049 |
3.22, .000 |
3.27, .010 |
Лишь для дефекта N3V0 рассчитанная величина энергии первого возбуждения (12A' => 12E) близка к максимуму полосы поглощения (~ 3 эВ), но сила осциллятора слишком мала. Следующие состояния, 32A' и 22A1 (компоненты 12Е) имеют большие силы осцилляторов. Их энергии чувствительны к качеству базиса и размерам кластера, и в некоторых вариантах расчета состояние 22А1 оказывается ниже, чем 12Е (табл. 7). Однако вследствие недостаточной надежности приближения DFT для подобных состояний эти результаты требуют уточнения.
Переход к приближению CASSCF не приводит к улучшению результатов - энергии переходов в его рамках могут отклоняться от экспериментальных значений на величину ~1 эВ (табл. 8, 9). Такие погрешности вызваны весьма неполным учетом электронной корреляции в рамках этого подхода. Для их снижения необходимо распространить учет электронной корреляции на все валентные электроны.
Таблица 7. Энергии вертикальных возбуждений (в эВ) и силы осцилляторов (курсив) в рамках TD-B3LYP для дефекта N3V0 с различными модельными кластерами.
B3: 6-31+G* для атомов первого и второго слоев вокруг вакансии, 6-31G для остальных. B4: 6-311+G* для атомов первого и 6-31+G* для атомов второго слоев.
N3V0, d |
22A', 12A” |
32A' |
22A”, 42A' |
52A' |
|
A1-a, B3 |
3.18, .002 |
3.41, .036 |
3.62, .002 |
3.65, .000 |
|
A1-a, B4 |
3.18, .002 |
3.42, .035 |
3.63, .002 |
3.66, .000 |
|
A1-b, B4 |
3.05, .001 |
3.74, .001 |
3.71, .004 |
4.15, .000 |
|
A2-a, B3 |
3.10, .009 |
3.09, .024 |
3.52, .000 |
3.51, .014 |
|
A2-b, B3 |
3.18, .006 |
2.97, .035 |
3.36, .001 |
3.38, .009 |
Таблица 8. Относительные энергии (эВ) и силы осцилляторов (курсив) для первых десяти состояний дефекта NV-1 (кластер C19NVH28, геометрические параметры основного состояния). Начало отсчета - энергия состояния 13A”.
B1 - 6-31+G* на атомах N, C', C”, 6-31G* + s(0.0438) на 5-16 C, 6-31G на остальных.
B2 - Aug-cc- PVDZ на атомах N, C', C”, 6-31G* + s(0.0438) на атомах 5-16.
Трип- леты |
CASSCF B1 |
CASPT2 B2 |
CASPT2 B2L |
Синг- леты |
CASSCF B1 |
CASPT2 B2 |
CASPT2 B2L |
|
23A” |
1.09, .158 |
1.79 |
1.91 |
11A” |
0.42 |
0.34 |
0.63 |
|
13A' |
1.10, .156 |
1.79 |
1.91 |
11A' |
0.42 |
0.35 |
0.62 |
|
33A” |
1.31, .008 |
2.09 |
2.21 |
21A' |
1.09, .349 |
1.59 |
1.63 |
|
23A' |
1.31, .006 |
2.07 |
2.21 |
21A” |
1.26, .012 |
1.97 |
1.96 |
|
43A” |
1.43, .004 |
2.23 |
2.33 |
31A' |
1.26, .008 |
1.97 |
1.96 |
|
33A' |
1.40, .000 |
2.20 |
2.30 |
31A” |
1.37, .073 |
2.15 |
2.19 |
|
43A' |
1.52, .028 |
2.30 |
2.36 |
41A” |
1.51, .115 |
2.30 |
2.33 |
|
53A” |
1.52, .028 |
2.31 |
2.36 |
41A' |
1.52, .113 |
2.29 |
2.31 |
|
63A” |
1.60, .090 |
2.38 |
2.75 |
51A” |
1.91, .149 |
2.47 |
2.70 |
|
53A' |
1.60, .087 |
2.39 |
2.74 |
51A' |
1.92, .168 |
2.48 |
2.65 |
В настоящее время выполнить моделирование такого рода для систем среднего размера возможно в рамках метода CASPT2, но применение этого подхода для моделируемых систем является весьма нетривиальным. Проблемы возникают на стадии построения волновых функций, используемых затем в теории возмущений. В рамках CASSCF энергии ряда диффузных состояний оказываются ниже, чем некоторых валентно- возбужденных, но более полный учет электронной корреляции может изменить этот порядок. Однако для этого необходимо, чтобы соответствующие состояния попали в заданный диапазон корней, в противном случае не окажется подходящего начального состояния для коррекции в рамках теории возмущений. В принципе проблему можно решить увеличением количества задаваемых корней, но расширение этой величины ведет к быстрому росту требуемых вычислительных ресурсов и ухудшению процесса самосогласования. Увеличение активного пространства за счет включения вакантных МО и добавление диффузных АО приводят к росту необходимого число корней, и требуемое состояние может оказаться вне рассмотренного диапазона. Чтобы решить эту проблему и выбрать подходящие параметры расчета, приходится тестировать ряд постепенно расширяющихся активных пространств и базисов, анализируя результаты и контролируя типы полученных состояний.
Для дефекта NV-1 использование CASPT2 приводит к значительному снижению погрешности: разница между рассчитанной и экспериментальной величинами энергии перехода 13A2 - 13E уменьшается до 0.35 эВ, а при использовании геометрических параметров из кластера максимального размера - до 0.25 эВ (табл. 8). Расположение синглетных состояний относительно триплетов после уточнения не меняется существенно.
В конечном итоге на основе результатов CASSCF и CASPT2 можно получить следующую последовательность электронных состояний для дефекта NV-1 в алмазе: 13A2, 11E, 11A1, 13E, 21E, 11A2, 23E, 31E, 33E, 43E, 41E, 53E.
При возбуждении из основного состояния наиболее вероятны переходы в 13E и 53E. Ниже первого возбужденного триплета лежит синглетное состояние 11A1, но имеется еще один, более низкий синглет 11E. Сила осциллятора между 11E и 11A1 велика (табл. 9), поэтому можно ожидать быстрый переход 11A111E. Отсюда следует, что насыщение возбужденного состояния можно преодолеть, стимулируя переход 11E13A2.
У нейтрального дефекта NV0 рассчитанные в рамках CASSCF энергии возбуждений сильно завышены. При переходе к CASPT2 они снижаются до 3.3 - 3.5 эВ (табл. 9), оставаясь слишком высокими, причем по составу соответствующие состояния являются диффузными. Очевидно, валентные возбуждения не попали в диапазон корней, используемых в теории возмущений. Тестирование различных вариантов показало, что расчет CASSCF с пространством 9/6 дает высокие энергии переходов - от 4-х эВ и выше (табл. 9), но при этом в формирование возбуждения вовлечена НП азота. Учет электронной корреляции с использованием этих волновых функций ведет к кардинальному уменьшению энергий переходов, и в результате относительная энергия состояния 22A” снижается до ~ 2.4 эВ (табл. 9).
Несмотря на более узкое активное пространство и базис меньшего размера, полная энергия основного состояния остается практически такой же, как и в расчете с включением в базис диффузных функций (разница ~ 0.01 эВ), а первого возбужденного - оказывается существенно ниже.
Таблица 9. Относительные энергии (эВ) в рамках CASSCF и CASPT2 (жирный шрифт) для низших возбужденных состояний дефекта NV0. Начало отсчета - энергия состояния 12A'.
B3 - aug-cc-pVDZ для атомов N, C', и C”, 6-31G* для атомов 5-16;
B3a -B3 + s(0.0438) на атомах 5-16.
Акт. простр., базис |
12A” |
22A” |
22A' |
32A” |
32A' |
|
9/15, B3a |
0.94, 0.00 |
4.79, 3.29 |
4.02, 3.32 |
5.11, 4.52 |
4.11, 3.98 |
|
9/6, B3 |
0.08, 0.06 |
3.83, 2.38 |
4.36, 2.64 |
4.38, 2.88 |
6.01, 3.47 |
Итак, расчеты с базисом В3 позволяют описать валентные возбуждения, а с В3а - переходы в диффузные состояния. Объединяя эти результаты, можно получить следующую последовательность дублетных состояний для дефекта NV0:
12E (0.0), 12A2 (~2.4 эВ), 22E (~2.7 - 2.8 эВ), 12A1, 32E и т.д. (~3.2 эВ и выше).
Первая группа формируется с участием незамкнутых связей трехкратно координированных атомов углерода и НП азота (переход с ВЗМО-1 и ВЗМО на ОЗМО, при этом, согласно анализу заселенности по Малликену, с N на С переносится ~ 0.5 электрона), а вторая группа соответствует переходу с ОЗМО в диффузные состояния.
Аналогичное тестирование ряда активных пространств и базисов было выполнено для дефектов N2V0 и N3V0 . Наилучшие варианты приведены в табл. 10.
Таблица 10. Энергии вертикальных возбуждений Er (в эВ) и полные энергии основных состояний Et(GS) дефектов с участием вакансии и двух или трех атомов азота.
Базисы: B5: aug-cc-pVDZ + sp-АО (0.015) на атомах вокруг вакансии, 6-31G* + s (0.010) для атомов второго слоя. B4a: B5 баз диффузных АО на атомах второго слоя. B3a: B4a без sp-АО (0.015) на примыкающих к вакансии атомах. Модельный кластер А1.
aNe/No - количество активных электронов и активных орбиталей. В скобках - количество активных МО по неприводимым представлениям: A1, B1, B2, и A2 для C2v (N2V0 и N2V-), A' и A” для Cs (N3V0).
bRN - количество рассматриваемых корней.
Система, базис |
Ne/No,a RNb |
Et(GS),c а.е.. |
Er(1), эВ |
Er(2), эВ |
|
N2V0 |
11A1 |
11B1 |
21A1 |
||
B5 |
16/11 (4,4,2,1), 21 |
-809.16704 |
2.62 |
3.37 |
|
B4a |
16/11 (4,4,2,1), 21 |
-809.16606 |
2.63 |
3.36 |
|
N3V0 |
12A1 |
12E |
22A1 |
||
B5 |
13/12 (7,5), 21 |
-825.79632 |
3.07 |
3.31 |
В рамках CASPT2 для дефекта N2V0 вертикальная энергия возбуждения в состояние 11B1 находится в хорошем соответствии с положением на энергетической шкале максимума полосы поглощения для дефекта N2V0 (~2.6 эВ). Волновые функции различных состояний этого дефекта достаточно сложны и базируются на нескольких (до семи) корнях CASSCF. Однако финальные волновые функции в рамках CASPT2 для состояний 11А1, 21А1 и 11B1 являются двухкомпонентным, с коэффициентами (0.96, -0.22), (0.92, 0.26) и (0.86, 0.47).
Для дефекта N3V0 основное состояние 12A1 и первое возбужденное 12E базируются на одном детерминанте с коэффициентами ~ 0.9 для компонент A' или A” соответственно. Их состав соответствует переходу электрона с несвязывающей комбинации неподеленных пар атомов азота (ВЗМО е) на незамкнутую связь трехкратно координированного атома С (ОЗМО а1). Для второго возбужденного состояния 22A1 волновая функция является более сложной и включает пять компонент с коэффициентами от 0.70 до 0.22. Она соответствует переходу электрона с ОЗМО, но с примесью более глубоких МО а1, на диффузные вакантные МО. В качественном плане результаты CASPT2 согласуются с данными, полученными в рамках TD-DFT.
На основании выполненного моделирования можно сделать вывод, что первое оптическое возбуждение соответствует переходу 12A1 => 22A1, так как сила осциллятора для него существенно выше, чем для 12A1 => 12E (табл. 9). Это согласуется с предположением Ранда и ДеШатцера, но с обратным порядком первого и второго возбужденных состояний, имеющих близкую энергию.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты 97-03-33188а, 98-03-32531а, 00-03-32646, 05-03-33047, 09-03-01158), ФЦП № 02.740.11.0263 на 2009-2013г., а также в рамках трех договоров о сотрудничестве между ИПХФ РАН и Институтом атомных и молекулярных исследований АН Тайваня с 2000 по 2009 г.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. С помощью современных квантово-химических подходов изучено около ста локальных дефектов в ХСП, оксидах кремния, германия и в алмазе.
2. Предложен комплексный подход, повышающий достоверность результатов при моделировании сложных возбужденных состояний, базирующийся на применении на первом этапе методов функционала плотности и МК ССП, а на втором - CCSD или CASPT2.
3. Найдено, что в халькогенидных стеклообразных полупроводниках возможно существование метастабильных дефектов с повышенными координационными числами входящих в них атомов (гипервалентных конфигураций), лежащих на энергетической шкале ниже фрагментов, соответствующих разрыву связи. Показано, что наличие ГВК может быть идентифицировано с помощью РФЭ - спектров.
4. Найдено, что формирование гипервалентных дефектов приводит к появлению локализованных состояний в запрещенной зоне и дополнительных полос в ИК- и КР- спектрах. Частоты дополнительных полос согласуются с положениями слабых пиков, появляющихся в спектрах ХСП при переходе от кристаллических модификаций к стеклообразным. Показано, что энергетически выгодна как агрегация отдельных ГВК, так и формирование при участии ГВК и незамкнутых связей метастабильных конфигураций с делокализованной спиновой плотностью.
5. Продемонстрировано, что входящие в ХСП примеси могут принимать участие в формировании гипервалентных дефектов, в ряде случаев повышая их относительные стабильности и снижая барьеры на пути переключения связей при трансформации непрерывной неупорядоченной сетки в ХСП.
6. Найдено, что для большинства возбужденных состояний в оксидах кремния и германия характерна значительная реорганизация геометрического строения и существенная величина Стоксова сдвига, вплоть до нескольких эВ, причем в ряде подобных случаев сброс возбуждения происходит безизлучательно. Показано, что при замене Si - Ge свойства однотипных дефектов принципиально не меняются, но энергии переходов могут смещаться на 0.3 - 1.0 эВ.
7. Найдено, что поглощение фотонов с энергиями 5 - 6 эВ дефектами O=А< и O2А< приводит к формированию полос люминесценции в области 2.3 эВ (Si) и 1.8 эВ (Ge) с колебательными прогрессиями, примерно вдвое различающимися по частоте. Такие особенности наблюдаются в полосах люминесценции нано материалов с трубчатой сотоподобной структурой.
8. Показано, что для кислородных вакансий характерно наличие интенсивной полосы поглощения в УФ- диапазоне (.6.8 - 7 эВ для GeO2), а соответствующая полоса люминесценции находится в области 3.5 и 3.2 эВ. Для двойной вакансии энергии снижаются примерно на 1 эВ, и для оксида германия на двойной вакансии поглощение света происходит в интервале энергий 5.5 - 5.9 эВ, а люминесценция - ~2.6 эВ. Полученные результаты согласуются с данными эксперимента для нанопроволок на основе субстехиометрического оксида германия.
9. Найдено, что при формировании дефектов с участием вакансии и атомов азота атомы, примыкающие к вакансии, смещаются от ее центра на ~0.1 Е, а позиции атомов второго слоя вокруг вакансии меняются слабо. Взаимодействия незамкнутых связей в области дефекта оказываются существенными, что приводит к снижению мультиплетности основных состояний.
10. Найдено, что при формировании первых возбужденных состояний система жестких связей не затрагивается. Волновые функции таких состояний формируются из нескольких базовых конфигураций. Как правило, первые возбужденные состояния имеют валентный характер, но диффузные состояния близки к ним по энергии, в особенности для N3V0.
11. На основе результатов выполненного в данной работе моделирования предложены следующие схемы электронных состояний для рассмотренных систем:
NV-1: 13A2(0.0), 11E(~0.7 эВ), 11A1(~1.9 эВ), 13E(~2.2 эВ), 21E(~2.3 эВ), 11A2, 23E, 31E, 33E, 43E, 41E, 53E(~3 эВ), с наиболее вероятными переходами из 13A2 в 13E и 53E.
NV0: 12E (0.0), 12A2 (~2.4 эВ), 22E (~2.7 - 2.8 эВ), 12A1, 32E и т.д. (~3.2 эВ и выше).
N2V0: 11A1 (0.0), 11B1 (~2.6 эВ), 21A1 (~3.3 эВ).
N3V0: 12A1 (0.0), 12Е (~3 эВ), 22А1 (~3 эВ).
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ОТОБРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ
1. Григорьев Ф.В., Дембовский С.А., Зюбин А.С.. Моделирование гипервалентных конфигураций, пар с переменной валентностью, деформированных структур и их свойств в a-Se и a-As2S3. //Физика и техника полупроводников, 1998, Т.32, № 8, С. 944-951.
2. Зюбин А.С., Дембовский С.А., Григорьев Ф.В., Ливинский. А.В. Моделирование локализованных состояний вблизи краев валентной зоны и зоны проводимости в a-S, a-Se и As2S3. // Матриаловедение, 1998, № 11, С. 2-8.
3. Зюбин А.С., Дембовский С.А., Григорьев Ф.В.. Квантово-химическое моде-лирование пар с переменной валентностью и гипервалент-ных конфигураций в аморфной сере. // Материаловедение. 1999. № 4. С. 31-37.
4. Dembovsky S.A., Zyubin A.S., Grigorjev F.V.. Negative U-Centers in Glassy Semiconductors: Quantum Chemical Modeling of Amorphous Sulfur. // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 1999, v.1, № 4, Р.21-31.
5 . Зюбин А.С., Сулимов В.Г.. Неэмпирический расчет оптических характеристик двухкоординированных атомов кремния и германия в легированном кварцевом стекле. // Физика и химия стекла. 1999. Т.25. № 2. С. 144-154.
6. Дембовский С.А., Зюбин А.С. Дефекты типа гипервалентных конфигураций в халькогенидных стеклообразных полупроводниках. // Ж. Неорг. Химии, 2001, Т.46. № 1. С. 131-142.
7. Зюбин А.С., Григорьев Ф.В., Дембовский С.А. Квантово-химическое моделирование гипервалентных дефектов в аморфном селене. // Ж. Неорг. Химии, 2001, Т.46. № 8. С. 1359-1357.
8. Kondakova O.A., Zyubin A.S., Dembovsky S.A.. Quantum chemical modeling of chlorine-doped defects in a-Se. // Physica B. 2001. V. 308-310, P.1061-1064 (ELSEVIER).
9. Kondakova O.A., Zyubin A.S., Dembovsky S.A.. Quantum Chemical Modeling of Chlorine-Doped and Hypervalent Defects participation in Reconstruction of the a-Se Structure. // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 2001 V.3. № 4. P. 847-853.
10. Glinka Yu.D., Zyubin A.S., Mebel A.M., Lin S.H., Hwang L.P., Chen Y.T.
Photoluminescence properties of silica-based mesoporous materials similar to those of nanoscale silicon. // European Physical Journal D, 2001. V.16. P.279-283.
11. Glinka Yu.D., Zyubin A.S., Mebel A.M., Lin S.H., Hwang L.P., Chen Y.T. Photoluminescence from mesoporous silica akin to that from nanoscale silicon. // Chem. Phys. Letters, 2002, V.358. № 3-4. P. 180-186.
12. Zyubin A.S., Glinka Yu.D., Mebel A.M., Lin S.H., Hwang L.P., Chen Y.T. Red and Near-Infrared Photoluminescence from Silica-Based Nanoscale Materials: Experimental Investigation and Quantum Chemical Modeling. // J. Chem. Phys. 2002, V.116. № 1. P. 281-294.
13. Zyubin A.S., Mebel A.M., Lin S.H., Glinka Yu.D. Photoluminescence of Silanone and Dioxasilyrane Groups in Silicon Oxides: A Theoretical Study // J. Chem. Phys., 2002, V.116. № 22. P. 9889-9896.
14. Zyubin A.S., Mebel A.M., Lin S.H. Quantum chemical modeling of photoabsorption and photoluminescence of the [AlO4]0 defect in bulk SiO2 // J. Chem. Phys. 2003. V. 119. № 21. P. 11408-11414.
15. Zyubin A.S., Mebel A.M. Performance of time-dependent density functional and Green functions methods for calculations of excitation energies in radicals and for Rydberg electronic states. // J. Comput. Chem. 2003. V.24. P.692-700.
16. Zyubin A.S., Mebel A.M., Lin S.H. Photoluminescence of Oxygen-Containing Surface Defects in Germanium Oxides: A Theoretical Study. // J. Chem. Phys., 2005, V. 123, N 4, p.44701-44714.
17. Зюбин А.С., Григорьев Ф.В, Дембовский С.А. Квантово-химическое моделирование влияния дефектов на ИК-спектр и электронную структуру a-Se. // Физика и Техника Полупроводников. 2003. Т.37. № 5. С.616-621.
18. Зюбин А.С., Кондакова О.А., Дембовский С.А. Квантово-химическое моделирование примесных дефектов с участием хлора в аморфном селене. // Ж. Неорг. Химии. 2003. Т.47. № 7. С. 1156-1163.
19. Зюбин А.С., Кондакова О.А. Квантово-химическое исследование строения и свойств дефектов с участием германия в аморфном селене. // Ж. Неорг. Химии. 2003. Т.47. № 8. С. 1350-1355.
20. Зюбин А.С., Дембовский С.А. Квантово-химическое моделирование дефектов с участием мышьяка в аморфном селене. // Ж. Неорг. Химии. 2003. Т.47. № 10. С. 1676-1680.
21. Григорьев Ф.В, Зюбин А.С., Дембовский С.А. Квантово-химическое моделирование структуры, стабильности и ИК - спектров дефектов с участием атомов теллура в аморфном селене. // Ж. Неорг. Химии. 2004. Т.49. № 4. С. 631-635.
22. Зюбин А.С., Дембовский С.А. Квантово-химическое моделирование деформационных и связевых дефектов в стеклообразном As2S3. // Ж. Неорг. Химии. 2004. Т.49. № 5. С. 804-812.
23. Зюбин А.С., Мебель А.М., Лин С.Ш.. Квантово-химическое моделирование оптических свойств точечных дефектов O=X< и O2X< в оксидах кремния и германия. // Ж. Неорг. Химии, 2005, Т. 50, № 12, С. 1 - 10.
24. Zyubin A.S., Mebel A.M., Lin S.H. Photoluminescence of oxygen-deficient defects in germanium oxides: A quantum chemical study. // J. Chem. Phys., 2006, V. 125, N 6, p.4701-4709.
25. Зюбин А.С., Дембовский С.А., Мебель А.М.. Электронные возбуждения гипервалентных конфигураций в аморфном селене: квантово-химическое моделирование. // Ж. Неорг. Химии, 2007, Т. 52, № 9, С. 1503-1511.
26. Zyubin A. S., Mebel A. M., Lin S. H. Optical Properties of Oxygen Vacancies in Germanium Oxides: Quantum Chemical Modeling of Photo-Excitation and Photo-Luminescence. // J. Phys. Chem. A, 2007, V. 111, No. 38, p. 9479-9485.
27. Zyubin A.S., Mebel A.M.,. Chang H.C, Lin S.H.. Potential energy surfaces for the lowest excited states of the nitrogen-vacancy point defects in diamonds: A quantum chemical study. // Chem. Phys. Letters. 2008. V. 462. P. 251-255.
28. Зюбин А.С., Дембовский С.А.. Гипервалентные конфигурации с незамкнутыми связями в аморфном селене: квантово-химическое моделирование. // Ж. Неорг. Химии, 2009, Т. 54, № 2, С.264-266.
29. Зюбин А.С., Дембовский С.А.. Агрегация локальных гипервалентных дефектов в аморфном селене: квантово-химическое моделирование. // Ж. Неорг. Химии, 2009, Т. 54, № 3, С.449-452.
30. Zyubin A.S., Mebel A.M., Hayashi M., Chang H.C., Lin S.H.. Quantum Chemical Modeling of Photo-adsorption Properties of the Nitrogen-Vacancy Point Defect in Diamond. // J. Comput. Chem. 2009. V. 30. P. 119-131.
31. Zyubin A.S., Mebel A.M., Hayashi M., Chang H.C., Lin S.H.. Quantum chemical modeling of photo-absorption properties of the two- and three-nitrogen-vacancy point defects in diamond. //J. Phys. Chem. C. 2009, V.113, № 24, P.10432-10440.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Синтез стеклообразных полупроводников AsXS1-X и AsXSe1-X, его закономерности, этапы. Устройство для определения плотности расплавов халькогенидных стекол. Зависимость плотности стекол и расплавов системы AsXS1-X и AsXSе1-X от температуры и состава.
курсовая работа [794,8 K], добавлен 24.02.2012Возникновение неклассических представлений в физике. Эксперимент Дэвиссона и Джермера. Особенности квантово-механического описания микромира. Главные задачи квантовой химии. Электронное строение атомов и молекул. Атомные орбитали Зенера-Слейтера.
лекция [198,0 K], добавлен 15.10.2013Теории химического строения (структурная и электронная). Квантово-механическое описание химической связи. Комплексы переходных и непереходных элементов. Основные постулаты классической теории химического строения. Структура конденсированных фаз.
презентация [97,1 K], добавлен 15.10.2013Квантово-химический расчет термодинамических данных при полной оптимизации геометрии и оценка количественного содержания наиболее стабильных таутомерных форм молекулы нитрогуанидина при стандартных условиях в газовой фазе с помощью программы GAUSSIAN-03.
курсовая работа [937,6 K], добавлен 08.06.2012Химическое строение - последовательность соединения атомов в молекуле, порядок их взаимосвязи и взаимного влияния. Связь атомов, входящих в состав органических соединений; зависимость свойств веществ от вида атомов, их количества и порядка чередования.
презентация [71,8 K], добавлен 12.12.2010Рассмотрение лекарственных препаратов, содержащих ибупрофен. Преимущества и недостатки ибупрофена. Основные квантово-химические свойства молекулы ибупрофена. Распределение электронной плотности внешних валентных электронов в молекуле ибупрофена.
презентация [2,2 M], добавлен 18.03.2018Грань между органическими и неорганическими веществами. Синтезы веществ, ранее вырабатывавшихся только живыми организмами. Изучение химии органических веществ. Идеи атомистики. Сущность теории химического строения. Учение об электронном строении атомов.
реферат [836,2 K], добавлен 27.09.2008Изучение реакционной способности гидропероксидов, образующихся в процессах деструкции ДНК при окислении гетероциклических оснований, на основе модельной реакции гомолитического распада гидропероксида тимина. Молекулярная геометрия и электронное строение.
реферат [424,9 K], добавлен 08.10.2014Свойства элементов подгруппы азота, строение и характеристика атомов. Увеличение металлических свойств при переходе элементов сверху вниз в периодической системе. Распространение азота, фосфора, мышьяка, сурьмы и висмута в природе, их применение.
реферат [24,0 K], добавлен 15.06.2009Сложная химическая реакция - последовательность моно- и бимолекулярных реакций. Поверхность потенциальной энергии. Динамика химического акта. Анализ критических точек. Атомная заселенность по Малликену. Индекс Вайберга, порядка связи. Реакции замещения.
презентация [519,6 K], добавлен 15.10.2013