npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562923010165npe-350Research ArticleМоделирование наноструктурModeling of NanostructuresЭЛЕКТРОННЫЕ И ЗАРЯДОВЫЕ СВОЙСТВА НАНОКЛАСТЕРОВ ТИТАНА РАЗМЕРАМИ 2 И 4 нмElectronic and Charge Properties of Titanium 2–4 nm NanoclustersКурельчукУ. Н.KurelchukU. N.unkurelchuk@mephi.ruВасильевО. С.VasilyevO. S.БорисюкП. В.BorisyukP. V.Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", Москва, 115409 РоссияРоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute), Moscow, 115409 RussiaRussian Federation202414092024152201206Copyright © Курельчук У.Н., Васильев О.С., Борисюк П.В., 20242024Курельчук У.Н., Васильев О.С., Борисюк П.В.Kurelchuk U.N., Vasilyev O.S., Borisyuk P.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/350

В настоящей работе полуэмпирическими расчетными методами исследованы нанокластеры титана Ti115 и Ti935 размерами 2 и 4 нм, как отдельные, так и контактирующие – получена оптимальная геометрия, энергии и орбитали, изучены структурные, электронные, зарядовые свойства. Показано, что наибольшая электронная плотность как всех валентных, так и d-состояний локализована у поверхностей нанокластеров с наибольшей кривизной. Минимумы полной и d-электронной плотности локализованы преимущественно на атомах приповерхностного слоя поверхностей с наименьшей кривизной. Энергия связи, приходящаяся на атом, растет с ростом размеров НК, для отдельных НК она чуть выше, чем для системы из двух контактирующих НК. Плотность же электронных состояний системы контактирующих НК 2 нм не зависит от типа их контакта.

In this work, titanium nanoclusters with sizes of 2 and 4 nm are studied by semi-empirical calculation methods. For the detached and contacting nanoclusters the optimal geometry, energy and orbitals are obtained, structural, electronic, and charge properties are studied. It is shown that the highest electron density for both all valence and d-valence states is localized near the surface of nanoclusters with the highest curvature. The minimal local density of those states is localized on atoms near the surfaces of nanoclusters with the highest curvature. With an increase in the size of the cluster, the binding energy per atom increases. For detached cluster it is slightly higher than for a system of contacting ones. The density of electronic states of the system of 2 nm nanoclusters in contact does not depend on the type of their contact, and there are more regular zones in the 4 eV-surrounding of Fermi energy, then in the detached 2 nm nanoclusters.

нанокластерыпереходные металлытитантермо-фотовольтаикаметод сильной связиэлектронная структураnanoclusterstransition metalstitaniumthermo-photovoltaicsTPVtight-bindingelectronic structureРабота была поддержана грантом Российского научного фонда (проект № 21-72-10054)References<em>Bricchi B.R. et al.</em> // ACS App. Mater. Interfaces. 2022. V. 14 (16). P. 18453–18463.<em>Bricchi B.R. et al.</em> // ACS App. Mater. Interfaces. 2022. V. 14 (16). P. 18453–18463.<em>Rashidi A. et al.</em> // Nanotechnology. 2020. V. 31. P. 33570.<em>Rashidi A. et al.</em> // Nanotechnology. 2020. V. 31. P. 33570.<em>Chen M., Chen X., Yan H., Zhou P.</em> // Physica E Low Dimens. Syst. Nanostruct. 2021. V. 126. P. 114471.<em>Chen M., Chen X., Yan H., Zhou P.</em> // Physica E Low Dimens. Syst. Nanostruct. 2021. V. 126. P. 114471.<em>Kutrovskaya S., Kucherik A., Osipov A., Samyshkin V., Istratov A., Kavokin A.V.</em> // Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 7023.<em>Kutrovskaya S., Kucherik A., Osipov A., Samyshkin V., Istratov A., Kavokin A.V.</em> // Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 7023.<em>Hiratani M. et al.</em> // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 81 (13). P. 2433.<em>Hiratani M. et al.</em> // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 81 (13). P. 2433.<em>Meng Z. et al.</em> // Chem. Rev. 2019. V. 119 (1). P. 478.<em>Meng Z. et al.</em> // Chem. Rev. 2019. V. 119 (1). P. 478.<em>Tran R., Xu Z., Radhakrishnan B., Winston D., Sun W., Persson K.A., Ong Sh.P.</em> // Sci. Data. 2016. V. 3. P. 160080.<em>Tran R., Xu Z., Radhakrishnan B., Winston D., Sun W., Persson K.A., Ong Sh.P.</em> // Sci. Data. 2016. V. 3. P. 160080.<em>Wen M. et al.</em> // Model. Simul. Mater. Sci. Eng. 2015. V. 23. P. 074008.<em>Wen M. et al.</em> // Model. Simul. Mater. Sci. Eng. 2015. V. 23. P. 074008.<em>Luschtinetz R. et al.</em> // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113 (14). P. 5730.<em>Luschtinetz R. et al.</em> // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113 (14). P. 5730.<em>Thompson A.P. et al.</em> // Comput. Phys. Commun. 2022. V. 271. P. 108171.<em>Thompson A.P. et al.</em> // Comput. Phys. Commun. 2022. V. 271. P. 108171.<em>Barca G.M.J. et al.</em> // J. Chem. Phys. 2020. V. 152. P. 154102.<em>Barca G.M.J. et al.</em> // J. Chem. Phys. 2020. V. 152. P. 154102.<em>Bode B.M., Gordon M.S.</em> // J. Mol. Graph. Model. 1999. V. 16. P. 133–138.<em>Bode B.M., Gordon M.S.</em> // J. Mol. Graph. Model. 1999. V. 16. P. 133–138.

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