Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Моделирование электронных свойств органических полупроводников Куранов, Дмитрий Юрьевич

Моделирование электронных свойств органических полупроводников
<
Моделирование электронных свойств органических полупроводников Моделирование электронных свойств органических полупроводников Моделирование электронных свойств органических полупроводников Моделирование электронных свойств органических полупроводников Моделирование электронных свойств органических полупроводников
>

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Куранов, Дмитрий Юрьевич. Моделирование электронных свойств органических полупроводников : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 05.13.18 / Куранов Дмитрий Юрьевич; [Место защиты: С.-Петерб. гос. ун-т].- Санкт-Петербург, 2011.- 108 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-1/1294

Введение к работе

Актуальность темы. Наиболее важные особенности характеристик наносистем обусловлены не конкретным фактором уменьшения размеров частиц, элементов или структур, а принципиально новыми качественными явлениями, присущими наномасштабу, когда на макроскопические параметры получаемых продуктов оказывают влияние закономерности квантовой механики. Использование определенных характеристик наноструктур позволяет существенно улучшить свойства материалов и создать устройства с возможностями, которые ранее были недостижимы на основе применения традиционных технологий.

Так, совсем недавно А. К. Геймом и К. С. Новосёловым, лауреатами Нобелевской премии по физике 2010 года, были получены новые наноструктуры -графены, обещающие стать одним из основных элементов наноэлектроники.

Для количественной оценки фотоэлектронных, электронодонорных и электроноакцепторных свойств необходимо использовать уравнения квантовой механики. Расчеты модельных наноструктур можно реализовать только с помощью применения сложного математического аппарата квантовой механики и численных методов.

В последнее время наибольшой интерес вызывают наносистемы, постороенные на основе молекул фталопианинов, порфиринов и графена, поскольку, в силу их плоской структуры они являются органическими полупроводниками р-типа и обладают уникальными полупроводниковыми свойствами.

Особое внимание уделяется исследованию полупроводниковых и люминесцентных свойств вышеуказанных соединений, благодаря которым возможно их использование в «органической» электронике в виде активных слоев в полевых транзисторах, устройствах хранения информации, светоизлучающих диодах, сенсорах и элементах солнечных батарей.

На свойства рассматриваемых в работе соединений в значительной мере влияет их молекулярное строение: природа центрального атома металла, наличие периферийных заместителей различной природы, способность к полимеризации.

Структурные особенности и функциональные свойства пленок незамещенных фталоцианинатов и порфиринов металлов к настоящему времени исследованы достаточно подробно экспериментально. Публикаций, относящихся к исследованию фталоцианинатов и порфиринов, содержащих заместители, представлено значительно меньше.

Таким образом, исследование влияния молекулярного строения фталоцианинатов, порфиринов и графена на физико-химические, фотоэлектронные и полупроводниковые свойства представляется весьма важной и актуальной задачей.

Предложенные в диссертации математические модели и методики расчетов электронной структуры, фотоэлектронных свойств соединений и их изменения в присутствии подложки имеют большое теоретическое и практическое значение.

Целью диссертационной работы являлось исследование структурных особенностей органических полупроводников - ряда замещенных фталопианинов металлов, порфиринов и графена, изучение влияния структуры на физико-химические характеристики соединений, а также разработка математической модели взаимодействия многоцентровой многозарядной системы с диэлектриками и металлом.

Методы исследования. Основными методами исследования являются методы математического и компьютерного моделирования, методы численного эксперимента. Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

  1. Результаты исследования структурных особенностей строения и физико-химических характеристик замещенных фталоцианинов, порфиринов и графена.

  2. Методика оценки потенциалов ионизации фталоцианинов, порфиринов и графена в рамках метода функционала электронной плотности B3LYP.

  3. Данные по расчету и интерпретации ИК спектров замещенных фталоцианинов и порфиринов.

  4. Математическая модель расчета взаимодействия многоцентровой многозарядной системы с подложкой.

  5. Комплекс программ для решения задач взаимодействия наноструктур с поверхностями и полученные с его использованием результаты вычислительных экспериментов, демонстрирующие адекватность разработанной модели.

Научная новизна. В рамках метода функционала электронной плотности B3LYP/6-31G и UB3LYP/6-31G рассчитаны молекулярные структуры фталоцианина и порфирина цинка, их производных, а также графена. Результаты расчета равновесной геометрии хорошо согласуются с известными экспериментальными значениями длин связей и углов. Вычислены энергии молекулярных уровней, определены значения эффективных зарядов на атомах, полная энергия систем в основном и ионизованном состояниях.

Разработана методика оценки потенциалов ионизации фталоцианината цинка и его производных. Выявлен характер зависимости потенциала ионизации от молекулярной структуры.

Выполнено детальное отнесение колебаний в ИК спектрах замещенных фталоцианинов и порфиринов на основании результатов квантово-химического расчета.

Предложена модель в формализме матрицы плотности, описывающая изменение фотохимических и фотоэлектронных свойств органических полупроводников, определяемых потенциалом ионизации, при взаимодействии с поверхностью. Разработано программное обеспечение, реализующее предложенную модель, позволяющее проводить численные эксперименты по моделированию свойств материала в поле подложки.

Практическая значимость работы. Проведенные расчеты показывают, что методом функционала электронной плотности с помощью предлагаемой методики можно прогнозировать молекулярные свойства веществ, в частности, потенциал ионизации, поляризуемость и ИК спектр поглощения в зависимости от их структуры. Несмотря на то, что все частоты колебаний не характеристичны по частоте и по форме, представленное в работе отнесение их по типу колебаний позволяет экспериментаторам идентифицировать частоты колебаний при исследовании спектров аналогичных соединений и наноструктур на их основе.

Разработанная квантово-механическая математическая модель позволяет прогнозировать фотохимические и фотоэлектронные свойства веществ, а также их изменения при взаимодействии с поверхностью. Это актуально в свете бурного развития нанотехнологий. Предложенная методика применима и к более сложным наноструктурам.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечиваются корректным применением методов математического моделирования, квантовой механики и вычислительной математики. Программы, реализующие предложенные модели, прошли отладку и тестирование на задачах, решения которых известны. Результаты, полученные при расчетах, соответствуют приведенным в литературе результатам экспериментов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 40-й международной конференции студентов и аспирантов «Процессы управления и устойчивость» (СПб, СПбГУ, факультет ПМ-ПУ, 2009 г.), на всероссийской конференции, посвященной 80-летию со дня рождения В. И. Зубова «Устойчивость и процессы управления» (СПб, СПбГУ, 2010 г.), на международной научно-технической конференции «Наука и образование - 2009» (Мурманск, МГТУ, 2009 г.) а также обсуждались на научных семинарах кафедры моделирования электромеханических и компьютерных систем факультета ПМ-ПУ СПбГУ.

Публикации. Основные положения диссертации достаточно полно изложены в 5 опубликованных в печати работах, в том числе в 2 статьях в журналах, входящих в перечень ВАК ведущих российских и зарубежных изданий, рекомендуемых для публикации результатов диссертаций. Список работ приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 108 страниц, среди которых 19 таблиц и 28 рисунков. Список литературы включает 108 наименований.

Похожие диссертации на Моделирование электронных свойств органических полупроводников