Введение 2

Глава 1 Общие представления о нанокластерных системах 4

1.1 Понятие нанокластера 5

1.2 Кластеры алюминия 10

1.3 Диссоциация кластеров алюминия 11

1.4 Реакционная способность кластеров алюминия 13

1.5 Теоретические методы квантовой химии и физики твердого тела расчетов электронной структуры кластеров металлов 14

1.6 Теоремы Хоэнберга-Кона 15

1.7 Формальное обоснование метода функционала плотности 16

1.8 Приближения функционала энергии обмена и корреляции 18

1.9 Применение 19

Глава 2 Энергетическая устойчивость кластеров алюминия, содержащих до 20 атомов 19

2.1 Кластеры свободного алюминия 21

2.2 Методика проведения вычислений 23

2.3 Результаты проведенных исследований и расчетов 24

Заключение 33

Список литературы 34

Идея построения невообразимо малых объектов на атомном уровне отнюдь не нова. Еще в 1959 г. Ричард Фейнман, лауреат Нобелевской премии по физике за 1965 год, предложил в своем известном выступлении на ежегодном собрании Американского физического общества, как можно напечатать все 24 тома Британской Энциклопедии на булавочной головке. Он даже рассуждал о том, как запоминать информацию на атомном уровне и как строить машины молекулярного размера.

Теперь, несколько десятилетий спустя, новые лабораторные микроскопы позволяют не только видеть отдельные атомы, но и манипулировать ими. Такая возможность проводить измерения и манипуляции с веществом на атомном уровне означает революцию в науке и технике. Поскольку при этом рассматриваются структуры размером менее микрона, был предложен термин нанотехнология. Однако нанотехнология включает в себя нечто большее, чем просто еще один шаг на пути миниатюризации!

Хотя нанотехнология может быть определена просто как техника, основанная на манипуляциях с отдельными атомами и молекулами для построения сложных атомных структур, необходимо учитывать, что в нанометровом масштабе возникают качественно новые эффекты, свойства и процессы, определяемые квантовой механикой, размерным квантованием в малых структурах, отношением поверхность/объем и другими явлениями и факторами. Кроме того, многие современные теории вещества на микронном уровне содержат критические длины нанометрового масштаба и потому не могут адекватно описывать новые явления на нанометровом уровне.

Большой интерес в нанотехнологии занимает такой термин как кластер. Кластер - это исходный кирпич для построения упорядоченных систем для микроэлектроники таких как компьютеры микропроцессорная техника и.т.д. Если мы умеем создавать кластеры различных размеров, используя, например метод термовакуумного испарения, то мы можем отсевать различные кусочки. Можно сделать из кластеров молекулярные пучки. То есть существуют различные методики, которые позволяют получить низко размерные кластеры, но их электронные свойства не известны до сих пор, и в данной дипломной работе я попытался с использованием современных вычислительных средств программного обеспечения рассчитать, как же будут изменяться электронные свойства кластеров от их размеров. Очень удобно исследовать кластеры алюминия из-за их не сложной структуры.

Исследуемые в работе объекты - нанокластеры алюминия, широко используемые как в промышленности так и в других областях, например, синтезированные из атомов алюминия кластеры, разлагают молекулы воды, при комнатной температуре высвобождая водород, также, алюминиевые нанокластеры обладают способностью к сверхпроводимости при относительно высоких температурах и т.д. В связи с этим исследование нанокластеров алюминия представляет научный и практический интерес.

Цель данной работы состоит в том, чтобы определить структуру и энергетику нанокластеров Al, опираясь на практические расчеты и теоретические материалы из области нанотехнологий, а также подробное теоретическое исследование свойств ряда перспективных кластеров алюминия, реакций этих кластеров и выявление закономерностей, правил, тенденций, которые могут быть полезны для практических работ по получению наночастиц и изучению процессов с ними.

Для достижения поставленной цели были решены следующие научные

задачи:

o моделирование и исследование изменения энергии кластеров, а также характера неравновесных процессов, пространственных и временных структур в неравновесных системах;

o анализа и моделирования поведения молекул и кластеров для различных химических соединений в поле электромагнитного излучения различной интенсивности и периодичности воздействия.

1. Губин, С.П. Химия кластеров[Текст]/ С.П. Губин -М.: Наука, 1987.

2. Суздалев, И.П. Нанокластеры и нанокластерные системы. Организация, взаимодействие, свойства [Текст] / И.П. Суздалев, П.И. Суздалев // Успехи химии. 2001.

3. Гольданский, В.И. Туннельные явления в химической физике [Текст] / В.И. Гольданский, Л.И. Трахтенберг, В.И. Флеров -М.: Наука, 1986.

4. Мюллер, А. [Текст] / А. Мюллер, С. Рой // Успехи химии. 2002. Т71.С.1107

5. Талисманов, С.С. [Текст] / С.С. Талисманов, И.Л. Еременко // Успехи химии 2003. Т.72. С.627

6. Трулье, М. [Текст] / М. Трулье // Компьютерное моделирование сборок кластера.

7. Ландау, Л. Д. Квантовая механика [Текст] / Л. Д.Ландау, Е. М. Лифшиц -М, 1963.

8. Хейне, В. Теория групп в квантовой механике [Текст] / В. Хейне -М., 1963.

9. Ландау, Л.Д. Электродинамика сплошных сред [Текст] / Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц -М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы. С22.

10. Баллюзек, Ф. В., Куркаев А. С., Сенте Л. Нанотехнологии для медицины [Текст] / Ф. В. Баллюзек, А. С Куркаев -М.: Сезам,2008

11. Оуэнс, Ф. Нанотехнологии [Текст] / Ф. Оуэнс -М.: Техносфера,2009

12. Минько, Н.И. Строкова В.В. Жерновский И.В Нарцев В.М. Методы получения и свойства нанообъектов [Текст] / Н.И. Минько, В.В.Строкова, И.В Жерновский, В.М. Нарцев -М.: Флинта,2009

13. Балабанов, В.И. Нанотехнологии. Наука будущего [Текст] / В.И. Балабанов -М.: Эксмо,2009

14. Рыжонков, Д.И Наноматериалы[Текст] / Д.И. Рыжонков -М: Бином. Лаборатория знаний,2008

15. Шевченко, В.Я Белая книга по нанотехнологиям: исследования в области наночастиц, наноструктур и нанокомпозитов в российской федерации [Текст] / В.Я. Шевченко / -М: Лки,2008

16. Старостин, В.В. Материалы и методы нанотехнологии [Текст] / В.В. Старостин -М.: Бином. Лаборатория знаний,2008

17. Пул, Ч. Нанотехнологии [Текст] / Ч. Пул, Ф.М. Оуэнс: Техносфера,2007

18. Гречихин, Л.И. Наночастицы и нанотехнологии [Текст] / Л.И. Гречихин -М.: Право и экономика,2008

19. Харманн, У. Очарование нанотехнологии [Текст] / У. Харманн -М.: Бином. Лаборатория знаний,2008

20. Сергеев, Г.Б. Нанохимия [Текст] / Г.Б. Сергеев -М.: МГУ,2003

21. Лозовский, В.Н. Нанотехнологии в электронике [Текст] / В.Н. Лозовский, С.В. Лозовский, Г.С. Константинова Введение в специальность -М.: Лань,2008

22. Фостер, Л. Нанотехнологии. Наука, инновации и возможности [Текст] / Л. Фостер -М.: Техносфера,2008

23. Кобаяси, Н. Введение в нанотехнологию [Текст] / Н. Кобаяси -М.: Бином. Лаборатория знаний,2008

24. Шукейло, Ю.А. Кормилицын О.П. Механика материалов и структур нано и микротехники [Текст] / Ю.А. Шукейло -М: Академия,2008

25. Баллюзек, Ф.В. Лечебное серебро и медицинские нанотехнологии [Текст] / Ф.В Баллюзек, А.С., Куркуев -М.: Диля,2008

26. Гусев, А. И. Нанокристаллические материалы [Текст] / А. И. Гусев, А. А. Ремпель -М.: Физматлит, 2000.

27. Петров, Ю. И. Кластеры и малые частицы [Текст] / Ю. И. Петров -М.: Наука, 1986.

28. Помогайло, А. Д. Наночастицы металлов в полимерах [Текст] / А. Д. Помогайло, А. С Розенберг -М.: Химия, 2000.

29. Haberland Н. // Clusters of atoms and molecules. Vol. 1 / Ed. H. Haberland Heidelberg: Springer, 1994. P. 205-243.

30. Schriver К. E., Persson J. L., Honea E. C, Whetten R. L. // Phys. Rev. Lett. 1990. Vol.64., R2539.

31. Taylor K. J., Pettiette C. L., Craycraft M. J., Chesnovsky O., Smalley R. E. // 1988. Vol.152., P. 347.

32. Heer W.A. de, Milani P., Chatelain A. // Phys. Rev. Lett. 1989. Vol.63., P. 2834.

33. Jarrold M.F. // Clusters of s2p1 metals and semiconductors // Clusters of atoms and molecules / Ed. Haberland H. Belin: Springer, 1994. P. 288.

Примечаний нет.