Энергетика и упругие свойства больших нано-объектов: безорбитальный подход на основе теории функционала плотности


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В рамках полноэлектронной версии безорбитального подхода на основе теории функционала плотности рассчитаны энергия когезии Ecoh и объемный модуль упругости B больших наносистем: Cn, Sin, Aln и Tin, где количество атомов n достигает для углерода и кремния 4096, для алюминия - 23 328, для титана - 2662. Наносистемы взяты как фрагменты соответствующих кристаллических твердых тел. Определено, что Ecoh и B стремятся к их значениям, характерным для массивных материалов. Таким образом, убедительно показано, что наш безорбитальный подход может быть успешно использован для исследования механических свойств больших наносистем.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Виктор Григорьевич Заводинский

Хабаровское отделение Института прикладной математики ДВО РАН

Email: vzavod@mail.ru
доктор физикоматематических наук, профессор; ведущий научный сотрудник Хабаровск, Российская Федерация

Ольга Александровна Горкуша

Хабаровское отделение Института прикладной математики ДВО РАН

Email: o_garok@rambler.ru
кандидат физикоматематических наук; старший научный сотрудник Хабаровск, Российская Федерация

Список литературы

  1. Hohenberg H., Kohn W. Inhomogeneous electron gas // Physical Review. 1964. No. 136. Pp. B864-B871.
  2. Perdew J.P., Zunger A.S. Self-interaction correction to density functional approximation for many-electron systems // Physical Review. 1981. No. 23. Pp. 5048-5079.
  3. Ceperley D.M., Alder B.J. Ground state of the electron gas by a stochastic method // Physical Review. 1980. No. 45. Pp. 566-569.
  4. Thomas L.H. The calculation of atomic field // Proc. Cambr. Phil. Soc. 1927. No. 23. Pp. 542-548.
  5. Fermi E. Un metodo statistic per la determinazione lcune priorieta dell’atomo // Rend. Accad. Lincei. 1927. No. 6. Pp. 602-607.
  6. v. Weizsacker C.F. Theorie de Kernmassen // Z. Physik. 1935. No. 96. Pp. 431-458.
  7. Kohn W., Sham J.L. Self-consistent equations including exchange and correlation effects // Phys. Rev. 1965. No. 40. Pp. A1133-A1138.
  8. Gomez S., Gonzalez L.E., Gonzalez D.J. et al. Orbital free ab initio molecular dynamic study of expanded liquid Cs // Non-Cryst. Solids. 1999. No. 250-252. Pp. 163-167.
  9. Wang Y.A., Carter E.A. Orbital-free kinetic-energy density functional theory. In: Theoretical methods in condensed phase chemistry. Schwartz, S.D.: Springer, Dordrecht, 2002. Pp. 117-184.
  10. Huajie Chen, Aihui Zhou. Orbital-free density functional theory for molecular structure calculations // Numerical Mathematics: Theory, Methods and Applications. 2008. No. 1. Pp. 1-28.
  11. Hung L., Carter E.A. Accurate simulations of metals at the mesoscale: Explicit treatment of 1 million atoms with quantum mechanics // Chem. Phys. Lett. 2009. No. 475. Pp. 163-170.
  12. Karasiev V.V., Chakraborty D., Trickey S.B. Progress on new approaches to old ideas: Orbital-free density functionals. In: Many-electron approaches in physics, chemistry and mathematics. Mathematical physics studies. V. Bach, S.L. Delle (eds.). Schwartz, S.D.: Springer, Dordrecht, 2014. Pp. 113-135.
  13. Sarry A.M., Sarry M.F. To the density functional theory // Physics of Solid State. 2012. No. l54 (6). Pp. 1315-1322.
  14. Bobrov V.B., Trigger S.A. The problem of the universal density functional and the density matrix functional theory // J. Exper. Theor. Phys. 2013. No. 116 (4). Pp. 635-640.
  15. Zavodinsky V.G., Gorkusha O.A. On a possibility to develop a full-potential orbital-free modelling approach // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2019. No. 9 (4). Pp. 402-409.
  16. Заводинский В.Г., Горкуша О.А. Полноэлектронный безорбитальный метод моделирования атомных систем: первый шаг // Computational nanotechnology. 2019. Т. 6. № 3. С. 72-76.
  17. Fuchs M., Scheffler M. Ab initio pseudopotentials for electronic structure calculations of poly-atomic systems using density-functional theory // Comp. Phys. Commun. 1999. No. 119. Pp. 67-98.
  18. Houqian Sun, Yun Ren, Zhaofeng Wu, Ning Xu. Density functional calculation of the growth, electronic and bonding properties of titanium clusters Tin (n = 2-20) // Computational and Theoretical Chemistry. 2015. No. 1062. Pp. 74-83.
  19. Waschi H.P., Stoll H., Preuß H. Ab-initio and PCILO calculations of diamond clusters and the corresponding saturated hydrocarbons // Z. Naturforsch. 1978. No. 83. Pp. 358-365.
  20. Robertson J. Diamond-like amorphous carbon // Materials Science and Engineering R. 2002. No. 37. Pp. 129-281.
  21. Ahlrichs R., Elliott S.D. Clusters of aluminium, a density functional study // Phys. Chem. Chem. Phys. 1999. No. 1. Pp. 13-21.
  22. Kiohara V.O., Carvalho E.F.V., Paschoal C.W.A. et al. DFT and CCSD(T) electronic properties and structures of aluminum clusters: Alnx (n = 1-9, x = 0, ±1) // Chemical Physics Letters. 2013. No. 568-569. Pp. 42-48.
  23. Wei S.H., Zeng Zhi, You J.Q. et al. A density-functional study of small titanium clusters // J. Chem. Phys. 2000. No. 113. Pp. 11127-11133.
  24. Tomanek D.S. Calculation of magic numbers and the stability of small Si clusters // Phys. Rev. Lett. 1986. No. 56 (10). Pp. 1055-1058.
  25. Xiaolei Zhu, Zeng X.C. Structures and stabilities of small silicon clusters: Ab initio molecular-orbital calculations of Si7-Si11 // Journal of Chemical Physics. 2003. Vol. 118. No. 8. Pp. 3558-3570.
  26. Заводинский В.Г., Чибисов А.Н., Гниденко А.А., Алейникова М.А. Tеоретическое исследование упругих свойств малых наночастиц с различными типами межатомных связей // Механика композиционных материалов и конструкций. 2005. Т. 11. № 3. С. 337-346.
  27. Вахрушев А.В., Шушков А.А. Моделирование упругой реакции наночастиц на силовое воздействие // Известия Института математики и информатики. 2006. № 2 (36). С. 125-128.
  28. Gerard C., Pizzagalli L. Mechanical behavior of nanoparticles: Elasticity and plastic deformation mechanisms // Journal Pramana of Indian Academy of Sciences. Physics. 2015. Vol. 84. No. 6. Pp. 1041-1048.
  29. Nysten B., Frétigny Ch., Cuenot S. Elastic modulus of nanomaterials: Resonant contact-AFM measurement and reduced-size effect // Proc. SPIE Conf. Vol. 5766: Testing, Reliability, and Application of Micro- and Nano-Material Systems IIIª (SPIE, Bellingham, 2005). R.E. Geer, N. Meyendorf, G.Y. Baaklini, B. Michel (eds.). Pp. 78-88.
  30. Qiong Wu, Wei-shou Miao, Yi-du Zhang et al. Mechanical properties of nanomaterials: A review // Nanotechnol. Rev. 2020. No. 9. Pp. 259-273.
  31. Луняков Ю.В., Балаган С.А. Модуль упругости кремниевых и германиевых фуллеренов Si60 и Ge60 // Физика твердого тела. 2015. Т. 57. Вып. 6. С. 1058-1063.
  32. Магомедов М.Н. Зависимость упругих свойств от размера и формы нанокристалов алмаза, кремния и германия // Журнал технической физики. 2014. Т. 84. Вып. 11. C. 80-90.
  33. Zavodinsky V.G., Kuyanov I.A., Holavkin M.N. Soft elastic behavior of nanometer silicon particles: Computer simulation // Phys. of Low-Dim. Struct. 1999. No. 9/10. Pp. 49-56.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать