ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗОЛОТЫХ ФУЛЛЕРЕНОВ 

Миронов Геннадий Иванович, доктор физико-математических наук, профессор, кафедра физики и материаловедения, Марийский государственный университет (Россия, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 1), E-mail: mirgi@marsu.ru
Соколов Максим Владиславович, магистрант, Марийский государственный университет (Россия, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 1), E-mail: raouf@bsunet.ru 

538.915 

DOI

10.21685/2072-3040-2019-2-6 

Актуальность и цели. Целью данной работы является исследование энергетические спектров, уравнения на химпотенциал, энергии основного состояния и плотности электронного состояния золотых фуллеренов, содержащих 32, 42 и 50 атомов золота.
Материалы и методы. Для описания свойств золотых фуллеренов мы построили теоретическую модель, в рамках которой можно вычислить физико-химические характеристики исследуемых фуллеренов из атомов золота. Исходили из того, что энергии s-электронов в атоме Au лежат ниже по сравнению с энергиями d-электронов, поэтому за транспортные и другие физико-химические свойства в исследуемых наносистемах отвечают d-электроны. Для решения этой задачи использовали модель Хаббарда.
Результаты. Вычислены и исследованы антикоммутаторные функции Грина, получены уравнения на химпотенциал, построены энергетические спектры. Затем были вычислены энергии основного состояния и плотность электронных состояний в модели Хаббарда в приближении статических флуктуаций.
Выводы. Исследования показали, что все три фуллерена являются стабильными, энергия основного состояния в перерасчете на один атом фуллерена показала, что фуллерен Au50 из рассматриваемых фуллеренов самый стабильный. Следует отметить, что золотые фуллерены, состоящие из атомов благородного металла, обладают полупроводниковыми свойствами. Поведение ширины запрещенной энергии по мере увеличения числа атомов в фуллерене позволяет прогнозировать переход полупроводник–метал в случае более тяжелых фуллеренов, состоящих из большего числа атомов золота. 

Ключевые слова

золотые фуллерены, энергетический спектр, наноструктуры, модель Хаббарда, антикоммутаторная функция Грина 

 Скачать статью в формате PDF

1. C60: Buckminsterfullerene / H. W. Kroto, J. R. Heath, S. C. O’Brien, R. F. Curl, R. E. Smalley // Nature. – 1985. – Vol. 318. – P. 162–163.
2. Bulusu, S. Evidence of hollow golden cages / S. Bulusu, X. Li, L. Wang, X. G. Zeng// Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. – 2006. – Vol. 103, № 22. – P. 8326–8330.
3. Schmid, G. Gold nanoparticles: assembly and electrical properties in 1-3 dimensions / G. Schmid, U. Simon // Chem. Commun. – 2005. – Vol. 6. – P. 697–710.
4. Homberger, M. On the application potential of gold nanoparticles in nanoelectronics and biomedicine / M. Homberger, U. Simon // Phil. Trans. R. Soc. A. – 2010. – Vol. 368. – P. 1405.
5. Okinaka, Y. Significance of inclusions in electroplated gold films for electronics applications / Y. Okinaka // Gold Bull. – 2000. – Vol. 33, № 4. – P. 117–127.
6. Structures of Neutral Au7, Au19, and Au20 Clusters in the Gas Phase / P. Gruene, D. M. Rayner, B. Redlich, A.F.G. van der Meer, J. T. Lyon, G. Meijer, A. Fielicke // Science. – 2008. – Vol. 321, № 5889. – P. 674–676.
7. Nanostructured Plasmonic Sensors / M. E. Stewart, C. R. Anderton, L. B. Thompson, J. Maria, S. K. Gray, J. A. Rogers, R. G. Nuzzo // Chem. Rev. – 2008. – Vol. 108, № 2. – P. 494–521.
8. Gittins, D. I. A nanometre-scale electronic switch consisting of a metal cluster and redox-addressable groups / D. I. Gittins, D. Bethell, D. J. Schiffrin, R. J. Nichols // Nature. – 2000. – Vol. 408. – P. 67–69.
9. Haruta, M. Novel Gold Catalysts for the Oxidation of Carbon Monoxide at a Temperature far Below 0 °C / M. Haruta, T. Kobayashi, H. Sano, N. Yamada // Chem. Lett. – 1987. – Vol. 16, № 2. – P. 405–408.
10. Haruta, M. Gold catalysts prepared by coprecipitation for low-temperature oxidation of hydrogen and of carbon monoxide / M. Haruta, N. Yamada, T. Kobayashi, S. Iijima // Journal of Catalysis. – 1989. – Vol. 115, № 2. – P. 301–309.
11. Миронов, Г. И. Исследование фуллерена Au16 в модели Хаббарда / Г. И. Миронов // Физика твердого тела. – 2008. – Т. 50, № 1. – С. 182–187.
12. Миронов, Г. И. Изучение нанокластеров золота по модели Хаббарда / Г.И. Миронов // Физика металлов и металловедение. – 2008. – Т. 105, № 4. – С. 355–365.
13. Kryachko, E. S. The magic gold cluster Au20 / E. S. Kryachko, F. Remacle // Int. J. of Quantum Chem. – 2007. – Vol. 107, № 14. – P. 2922–2934. 
14. Taylor, K. J. Ultraviolet photoelectron spectra of coinage metal clusters / K. J. Taylor, C. L. Pettiette-Hall, R. E. Smalley // J. Chem. Phys. – 1992. – Vol. 96, № 4. – P. 3319–3329.
15. Jackschath, C. Electronic Structures and Related Properties. Electron Impact Ionization Potentials of Gold and Silver Clusters Men, n ≤ 22 / C. Jackschath, I. Rabin, W. Schulz // Phys. Chem. – 1992. – Vol. 96, № 9. – P. 1200–1204.
16. Li, J. Au20: A Tetrahedral Cluster / J. Li, X. Li, H.-J. Zhai, L.-S. Wang // Science. – 2003. – Vol. 299, № 5608. – P. 864–867.
17. Миронов, Г. И. Фуллерен С24 в модели Хаббарда / Г. И. Миронов, Е. Д. Изергин // Физика низких температур. – 2007. – Т. 33. – С. 1365–1370.
18. Миронов, Г. И. Исследование структурных элементов фуллерена в модели Хаббарда в приближении статических флуктуаций / Г. И. Миронов // Физика твердого тела. – 2007. – Т. 49, № 3. – С. 527–534.
19. Миронов, Г. И. Энергетический спектр фуллерена С60 / Г. И. Миронов, А. И. Мурзашев // Физика твердого тела. – 2011. – Т. 53, № 11. – С. 2273–2277.
20. Шкоп, А. Д. Индуцированная взаимодействием щель в электронном спектре и киральные эффекты в металлических углеродных нанотрубках / А. Д. Шкоп, С. И. Кулинич, А. В. Парафило, И. В. Криве // Физика низких температур. – 2017. – Т. 43, № 12. – С. 1745–1753.
21. Hubbard, J. Electron correlations in narrow energy bands / J. Hubbard // Proceeding of the Royal Society. – 1963. – Vol. 276. – P. 238.
22. Миронов, Г. И. Наносистемы в модели Хаббарда в приближении статических флуктуаций / Г. И. Миронов // Физика твердого тела. – 2006. – Т. 48, № 7. – С. 1299–1306 .
23. Миронов, Г. И. Исследование структурных элементов фуллерена в модели Хаббарда в приближении статических флуктуаций / Г. И. Миронов // Физика твердого тела. – 2007. – Т. 49, № 3. – С. 527–534.
24. Lieb, E. H. Absence of Mott Transition in an Exact Solution of the Short-Range, One-Band Model in One Dimension / E. H. Lieb, F. Y. Wu // Phys. Rev. Lett. – 1968. – Vol. 20. – P. 1445–1448.