Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Κωνσταντίνος Σιμσερίδης
Επίκουρος Καθηγητής
Τμήμα Φυσικής
Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
Αντώνης Αλβέρτης
Μεταδιδακτορικός Ερευνητής
Τμήμα Φυσικής
Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ
Περίληψη:
Διερευνούμε τη μεταβίβαση οπής (κενή θέση ηλεκτρονίου) σε ανοιχτές κουμουλενικές και πολυυνικές καρβύνες, δηλαδή, σε ατομικά νανοσύρματα άνθρακα, με Χρονικά Εξαρτώμενη Θεωρία Συναρτησοειδούς Πυκνότητας Πραγματικού Χρόνου (Real-Time Time-Dependent Density Functional Theory, RT-TDDFT), μέσω του υπολογιστικού πακέτου ανοιχτού κώδικα NWChem.
Μελετάμε μόρια με έξι άτομα άνθρακα. Ένα κουμουλενικό με συνεπίπεδα μεθυλένια, το οποίο συμβολίζουμε cu6co (cumulenic coplanar with 6 carbon atoms) και τρία πολυυνικά: το ένα ξεκινά με μικρότερο μήκος δεσμού και συμβολίζεται pol6sl (polyynic short-long with 6 carbon atoms) και τα άλλα δύο ξεκινούν με μεγαλύτερο μήκος δεσμού, τα οποία δευτερευόντως διακρίνονται σε εκείνα στα οποία τα μεθύλια βρίσκονται σε διαβαθμισμένη και εκλειπτική διαμόρφωση και τα συμβολίζουμε αντιστοίχως ως pol6lss και pol6lse (polyynic long-short staggered and polyynic long-short eclipsed). Στη Θεωρία Συναρτησοειδούς Πυκνότητας (Density Functional Theory, DFT)}, χρησιμοποιούμε τα σύνολα βάσης 6-31G*, cc-pVDZ, cc-pVTZ και το συναρτησοειδές ανταλλαγής και συσχέτισης B3LYP. Αρχικά βελτιστοποιoύμε τη γεωμετρία, ώστε να αποδίδει τη στατική θεμελιώδη κατάσταση τους. Στη βελτιστοποιημένη γεωμετρία εκτελούμε λειτουργία DFT για τον υπολογισμό της ενέργειας, από όπου αποκτούμε και την κατανομή φορτίου Löwdin σε κάθε θέση της στατικής γεωμετρίας των μορίων. Ως θέσεις εκλέγουμε τα ενδιάμεσα άτομα C και τα ακραία άτομα C μαζί με τα άτομα H με τα οποία συνδέονται. Οπότε, οι ακραίες θέσεις είναι CH, CH2, CH3, αναλόγως με την περίπτωση.
Μελετάμε τη μεταβίβαση μιας επιπλέον οπής κατά μήκος της αλυσίδας. Εισάγουμε την οπή τεχνητά στην αρχική θέση της αλυσίδας, κάνοντας CDFT (constrained DFT), χρησιμοποιώντας την υπόδειξη της ανάλυσης φορτίου Löwdin. Εξετάζουμε έπειτα, με RT-TDDFT, τη χρονική απόκριση του συστήματος, ως προς το φορτίο και τη διπολική ροπή, στις θέσεις της αλυσίδας.
Λαμβάνουμε υπόψιν τις μοριακές δονήσεις και υπολογίζουμε τα ιδιοδιανύσματα και τις ιδιοσυχνότητες των κανονικών τρόπων δόνησης μέσω του Εσσιανού πίνακα. Παράγουμε παραμορφωμένες γεωμετρίες για κάθε μόριο, συνθέτοντας όλους τους κανονικούς τρόπους δονήσεως στην αρμονική προσέγγιση, με βάση την κατανομή Bose-Einstein και αποκτάμε με αυτόν τον τρόπο τις δονητικές μικροκαταστάσεις του συστήματος. Κάθε γεωμετρία του συνόλου των μικροκαταστάσεων έχει δημιουργηθεί από τη συνολική μετατόπιση των κανονικών τρόπων, προς τη διεύθυνση όλων των ιδιοδιανυσμάτων, όπου ο κάθε τρόπος έχει συγκεκριμένο βάρος πιθανότητας. Το σύνολο αυτών των γεωμετριών αποδίδει τις διακυμάνσεις του συστήματος σε σταθερή θερμοκρασία. Λαμβάνουμε αποτελέσματα RT-TDDFT σε όλες τις παραμορφωμένες γεωμετρίες για θερμοκρασίες 0 K και 300 K. Σε κάθε μόριο, υπολογίζουμε, για τη στατική και τη μέση δονητική κατάσταση κάθε παραμορφωμένης γεωμετρίας:
- Τη μέση, χρονικά, πιθανότητα εύρεσης της οπής σε κάθε θέση.
- Το συχνοτικό περιεχόμενο, δηλαδή, τις κύριες συχνότητες ταλάντωσης της διπολικής ροπής κατά μήκος του άξονα του μορίου και τα αντίστοιχα πλάτη ταλάντωσης με ανάλυση FFT.
- Το μέγιστο ποσοστό μεταβιβάσεως.
- Το μέσο ρυθμό μεταβιβάσεως.
Λέξεις-κλειδιά:
μεταβίβαση, καρβύνες, γεωμετρίες, δονήσεις, φορτίο, διπολική ροπή
