npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.1134/S2079562920040090npe-122Research ArticleМатематическое моделирование в ядерных технологияхMathematical Modeling in Nuclear TechnologiesЗарядовые свойства тория, имплантированного в оксид кремнияCharge Properties of Thorium Implanted in Silicon OxideКурельчукУ. Н.KurelchukU. N.

Каширское шоссе 31, Москва, 115409

Moscow, 115409

UNKurelchuk@mephi.ruБорисюкП. В.BorisyukP. V.

Каширское шоссе 31, Москва, 115409

Moscow, 115409

НиколаевА. В.NikolaevA. V.

Каширское шоссе 31, Москва, 115409

Ленинские горы 1, Москва, 119991 

Moscow, 115409

Moscow, 119991

ТкаляЕ. В.TkalyaE. V.

Каширское шоссе 31, Москва, 115409

Ленинский пр. 53, Москва, 119991

Большая Тульская 52, Москва, 115191

Moscow, 115409

Moscow, 119991

Moscow, 115191

Национальный исследовательский ядерный университет МИФИРоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian FederationНациональный исследовательский ядерный университет МИФИ; Институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.С. ЛомоносоваРоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute); Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, Lomonosov Mo scow State University (SINP MSU)Russian FederationНациональный исследовательский ядерный университет МИФИ; Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН; Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАНРоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute); Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences; Nuclear Safety Institute of the Russian Academy of Sciences (IBRAE RAN)Russian Federation202023042024115271277Copyright © Курельчук У.Н., Борисюк П.В., Николаев А.В., Ткаля Е.В., 20242024Курельчук У.Н., Борисюк П.В., Николаев А.В., Ткаля Е.В.Kurelchuk U.N., Borisyuk P.V., Nikolaev A.V., Tkalya E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/122

В рамках теории функционала плотности проведен о исследование атомов тория, имплантированных в оксид кремния. Изучены зарядовые свойства Th в соединениях ThO2:nSiO2 и Th:nSiO2, где Th выступает в качестве примеси внедрения и замещения в кристобалите. Проведена геометрическая оптимизация структур с учетом межэлектронных  взаимодействий, исследовано самосогласованное распределение электронной плотности, оценены бейдеровские эффективные заряды.

A study of thorium atoms implanted in silicon oxide was carried out usimg the density functional theory method. The charge properties of Th in the ThO2:nSiO2 and Th:nSiO2 compounds, where Th acts as an interstitial and substitutional impurity in cristobalite, have been studied. Geometric optimization of structures is carried out with allowance for electron-electron  interactions, self-consistent distribution of electron density is investigated, and Bader effective charges are estimated.

торий-229ядерный переходфотоэлектронная спектроскопияоксид кремниятеория функционала плотностираспределение электронной плотностиэффективный зарядthorium-229nuclear transitionsilicon oxideelectron spectroscopydensity functional theorycharge densityBader chargesРабота выполнена при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда No. 19-72-30014.ReferencesSikorsky T., Geist J. // Phys. Rev. Lett. 2020. V. 125. P. 142503.Sikorsky T., Geist J. // Phys. Rev. Lett. 2020. V. 125. P. 142503.Helmer R.G., Reich C.W. // Phys. Rev. C. 1994. V. 49. P. 1845.Helmer R.G., Reich C.W. // Phys. Rev. C. 1994. V. 49. P. 1845.Beck B.R., Becker J.A., Beiersdorfer P. et al. // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98. P. 142501.Beck B.R., Becker J.A., Beiersdorfer P. et al. // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98. P. 142501.Von der Wense L., Seiferle B., Laatiaoui M. et al. // Nature (London). 2016. V. 533. P. 47.Von der Wense L., Seiferle B., Laatiaoui M. et al. // Nature (London). 2016. V. 533. P. 47.Seiferle B., Von der Wense L., Bilous P.V. et al. // Nature (London). 2019. V. 573. P. 243.Seiferle B., Von der Wense L., Bilous P.V. et al. // Nature (London). 2019. V. 573. P. 243.Strizhov V.F., Tkalya E.V. // Sov. Phys. JETP. 1991. V. 72. P. 387.Strizhov V.F., Tkalya E.V. // Sov. Phys. JETP. 1991. V. 72. P. 387.Tkalya E.V. // Sov. J. Nucl. Phys. 1992. V. 55 . P. 1611.Tkalya E.V. // Sov. J. Nucl. Phys. 1992. V. 55 . P. 1611.Tkalya E.V. // JETP Lett. 1992. V. 55. P. 211.Tkalya E.V. // JETP Lett. 1992. V. 55. P. 211.Kalman P., Keszthelyi T. // Phys. Rev. C. 1994. V. 49. P. 324.Kalman P., Keszthelyi T. // Phys. Rev. C. 1994. V. 49. P. 324.Tkalya E.V., Varlamov V. O., Lomonosov V. V., Nikulin S. A. // Phys. Scr. 1996. V. 53. P. 296.Tkalya E.V., Varlamov V. O., Lomonosov V. V., Nikulin S. A. // Phys. Scr. 1996. V. 53. P. 296.Porsev S.G., Flambaum V.V., Peik E., Tamm C. // Phys. Rev. Lett. 2010. V. 105. P. 182501.Porsev S.G., Flambaum V.V., Peik E., Tamm C. // Phys. Rev. Lett. 2010. V. 105. P. 182501.Muller R.A., Volotka A.V., Surzhykov A. // Phys. Rev. A. 2019. V. 99. P. 042517.Muller R.A., Volotka A.V., Surzhykov A. // Phys. Rev. A. 2019. V. 99. P. 042517.Borisyuk P.V., Kolachevsky N.N., Taichenachev A.V., Tkalya E.V., Tolstikhina I.Y., Yudin V.I. // Phys. Rev. C. 2019. V. 100. P. 0 44306.Borisyuk P.V., Kolachevsky N.N., Taichenachev A.V., Tkalya E.V., Tolstikhina I.Y., Yudin V.I. // Phys. Rev. C. 2019. V. 100. P. 0 44306.Dzyublik A.Y. // Phys. Rev. C. 2020. V. 102. P. 024604.Dzyublik A.Y. // Phys. Rev. C. 2020. V. 102. P. 024604.Dykhne A.M., Tkalya E.V. // JETP Lett. 1998. V. 67. P. 549.Dykhne A.M., Tkalya E.V. // JETP Lett. 1998. V. 67. P. 549.Flambaum V.V. // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 97. P. 092502.Flambaum V.V. // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 97. P. 092502.Tkalya E.V. // Laser Phys 2004. V. 14. P. 360.Tkalya E.V. // Laser Phys 2004. V. 14. P. 360.Arutyunyan R.V., Bolshov L.A., Vikharev V.D. et al. // Sov. J. Nucl. Phys. 1991. V. 53. P. 23.Arutyunyan R.V., Bolshov L.A., Vikharev V.D. et al. // Sov. J. Nucl. Phys. 1991. V. 53. P. 23.Tkalya E.V. // Phys. Rev. A. 2007. V. 75. P. 022509.Tkalya E.V. // Phys. Rev. A. 2007. V. 75. P. 022509.Tkalya E.V. // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120. P. 122501.Tkalya E.V. // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120. P. 122501.Tkalya E.V. // Phys. Rev. Lett. 2020. V. 124. P. 242501.Tkalya E.V. // Phys. Rev. Lett. 2020. V. 124. P. 242501.Tkalya E.V. // JETP Lett. 2000. V. 71. P. 311.Tkalya E.V. // JETP Lett. 2000. V. 71. P. 311.Tkalya E.V., Zherikhin A.N., Zhudov V.I. // Phys. Rev. C. 2000. V. 61. P. 064308.Tkalya E.V., Zherikhin A.N., Zhudov V.I. // Phys. Rev. C. 2000. V. 61. P. 064308.Peik E., Tamm C. // Europhys. Lett. 2003. V. 61. P. 181.Peik E., Tamm C. // Europhys. Lett. 2003. V. 61. P. 181.Campbell C.J., Radnaev A.G., Kuzmich A. et al. // Phys. Rev. Lett. 2012. V. 108. P. 120802.Campbell C.J., Radnaev A.G., Kuzmich A. et al. // Phys. Rev. Lett. 2012. V. 108. P. 120802.Peik E., Okhapkin M. // C. R. Phys. 2015. V. 16. P. 516.Peik E., Okhapkin M. // C. R. Phys. 2015. V. 16. P. 516.Tkalya E.V. // Phys. Rev. Lett. 2011. V. 106. P. 162501.Tkalya E.V. // Phys. Rev. Lett. 2011. V. 106. P. 162501.Tkalya E.V., Yatsenko L.P. // Laser Phys. Lett. 2013. V. 10. P. 105808.Tkalya E.V., Yatsenko L.P. // Laser Phys. Lett. 2013. V. 10. P. 105808.Borisyuk P.V., Chubunova E.V., Kolachevsky N.N., Vasiliev O.S., Tkalya E.V. // Phys. Status Solidi A. 2020. V. 217. P. 1900551.Borisyuk P.V., Chubunova E.V., Kolachevsky N.N., Vasiliev O.S., Tkalya E.V. // Phys. Status Solidi A. 2020. V. 217. P. 1900551.Beck B.R. et al . // Report LLNL-PROC-415170.Beck B.R. et al . // Report LLNL-PROC-415170.Borisyuk P.V., Chubunova E.V., Lebedinskii Y.Y., Tkalya E.V., Vasilyev O.S., Yakovlev V.P., Strugovshchikov E., Mamedov D., Pishtshev A., Karazhanov S.Z. // Laser Phys. Lett. 2018. V. 15. P. 056101.Borisyuk P.V., Chubunova E.V., Lebedinskii Y.Y., Tkalya E.V., Vasilyev O.S., Yakovlev V.P., Strugovshchikov E., Mamedov D., Pishtshev A., Karazhanov S.Z. // Laser Phys. Lett. 2018. V. 15. P. 056101.Teterin Y.A., Utkin I.O., Melnikov I.V., Lebedev A.M., Teterin A.Y., Ivanov K.E., Nikitin A.S., Vukchevich L. // J. Struct. Chem. 2000. V. 41. P. 1167.Teterin Y.A., Utkin I.O., Melnikov I.V., Lebedev A.M., Teterin A.Y., Ivanov K.E., Nikitin A.S., Vukchevich L. // J. Struct. Chem. 2000. V. 41. P. 1167.Bruggemann A.G. // Ann. Phys. 1935. V. 24. P. 636.Bruggemann A.G. // Ann. Phys. 1935. V. 24. P. 636.Бриггс Д., Сих М.П. // Анализ поверхности методами Оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. 1987. Москва: Мир.Бриггс Д., Сих М.П. // Анализ поверхности методами Оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. 1987. Москва: Мир.Sanville E., Kenny S.D., Smith R., Henkelman G. // J. Comput. Chem. 2007. V. 28. P. 5.Sanville E., Kenny S.D., Smith R., Henkelman G. // J. Comput. Chem. 2007. V. 28. P. 5.Tang W., Sanville E., Hekkelman G. // J. Phys.: Compute Mater. 2009. V. 21. P. 084204.Tang W., Sanville E., Hekkelman G. // J. Phys.: Compute Mater. 2009. V. 21. P. 084204.Giannozzi P. et al. // J. Phys.: Condens. Matter. 2017. V. 29. P. 465901.Giannozzi P. et al. // J. Phys.: Condens. Matter. 2017. V. 29. P. 465901.Aulbur W.G., Jöhnsson L., Wilkins J.W. // Solid State Phys. 2000. V. 54. P. 1.Aulbur W.G., Jöhnsson L., Wilkins J.W. // Solid State Phys. 2000. V. 54. P. 1.Martin-Samos L., Bussi G., Ruini A., Molinari E., Caldas M. // J. Phys. Status Solidi B. 2011. V. 248. P. 1061.Martin-Samos L., Bussi G., Ruini A., Molinari E., Caldas M. // J. Phys. Status Solidi B. 2011. V. 248. P. 1061.Prandini G., Mazzaro A., Castelli I.E., Mounet N., Marzari N. // npj.Comput. Mater. 2018. V. 4. P. 72.Prandini G., Mazzaro A., Castelli I.E., Mounet N., Marzari N. // npj.Comput. Mater. 2018. V. 4. P. 72.Lejaeghere K. et al. // Science (Washington, DC, USA). 2016. V. 351 (6280). P. 1415.Lejaeghere K. et al. // Science (Washington, DC, USA). 2016. V. 351 (6280). P. 1415.Materials Data on ThSiO 4 https://materialsproject.org/docs/calculations https://doi.org/10.17188/1295645Materials Data on ThSiO 4 https://materialsproject.org/docs/calculations https://doi.org/10.17188/1295645Broyden C.G. // IMA J. Appl. Math. 1970. V. 6(1). P. 76.Broyden C.G. // IMA J. Appl. Math. 1970. V. 6(1). P. 76.Fletcher R. // Comput. J. 1970. V. 13. P. 317.Fletcher R. // Comput. J. 1970. V. 13. P. 317.Goldfarb D. // Math. Comput. 1970. V. 24. P. 23.Goldfarb D. // Math. Comput. 1970. V. 24. P. 23.Shanno D.F. // Math. Comput. 1970. V. 24. P. 647.Shanno D.F. // Math. Comput. 1970. V. 24. P. 647.Becke A.D., Edgecombe K.E. // J. Chem. Phys. 1990. V. 92. P. 5397.Becke A.D., Edgecombe K.E. // J. Chem. Phys. 1990. V. 92. P. 5397.Fuentealba P., Chamorro E., Santos J.C. // Theor. Comput. Chem. 2007. V. 19. P. 57.Fuentealba P., Chamorro E., Santos J.C. // Theor. Comput. Chem. 2007. V. 19. P. 57.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.