Nghiên cứu lý thuyết của một số kim loại pha tạp cụm silicon cơ chế của sự tăng trưởng và liên kết

SỞ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TÍNH TỐN BÁO CÁO TỔNG KẾT NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI PHA TẠP CỤM SILICON: CƠ CHẾ CỦA SỰ TĂNG TRƯỞNG VÀ LIÊN KẾT Đơn vị thực hiện: Phịng Thí Nghiệm Khoa Học Phân Tử Và Vật Liệu Nano Chủ nhiệm đề tài: GS Nguyễn Minh Thọ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 09/2014 SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TÍNH TOÁN BÁO CÁO TỔNG KẾT NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI PHA TẠP CỤM SILICON: CƠ CHẾ CỦA SỰ TĂNG TRƯỞNG VÀ LIÊN KẾT Viện trưởng Đơn vị thực hiện: Phịng Thí Nghiệm Khoa Học Phân Tử Và Vật Liệu Nano Chủ nhiệm đề tài: Phan Minh Tân Nguyễn Minh Thọ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 09/2014 MỤC LỤC Mở đầu Trang Đơn vị thực Nội dung báo cáo tổng kết I Báo cáo khoa học II Phụ lục: Các báo xuất 19 MỞ ĐẦU Trong đề tài này, thực từ 5/2013 đến 8/2014, tiếp tục triển khai sâu rộng nghiên cứu lý thuyết cluster silicon với tạp chất mà liên tục thực năm qua Silicon vật liệu áp dụng nhiều ngành công nghiệp bán dẫn Với xu hướng ngày thu nhỏ, thiết bị điện tử sớm đạt đến kích thước cluster ngun tử Chính vậy, cluster nano silicon với tạp chất thích hợp xem vật liệu tiềm cho thiết bị điện tử hệ Các tính chất vật liệu xác định thành phần xếp nguyên tử Với việc đưa vào tạp chất (còn gọi tượng pha tạp), tính chất cluster bị thay đổi cách tùy thuộc chất tạp chất Nếu biết rõ làm để kiểm soát cấu trúc thuộc tính cluster cách pha tạp cách thích hợp thu cluster với tính chất hồn tồn Tuy nhiên, việc pha tạp đã, thách thức cho khoa học địi hỏi thí nghiệm kỹ lưỡng phân tích lý thuyết thích hợp Trong bối cảnh này, điều quan trọng sử dụng phương pháp lý thuyết để mô tả cluster silicon có độ bền cao cách đưa vào tạp chất kimloại nguyên tố khác Từ kết lý thuyết này, cluster tiềm sử dụng thực nghiệm với vai trò siêu phân tử (superatom) hay khối lắp ghép (building block) cho vật liệu nano chức với ứng dụng công nghệ thực tế Trong đề tài này, tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng số kim loại(Al) phi kim (P), kim loại chuyển tiếp 3d 4d (Sc, Ti, Cr, Co, Fe, Nb, Y, Zr) đến cấu trúc hình học cấu trúc điện tử clustersilicon Những kim loại chuyển tiếp với cấu hình điện tử khác cho phản ứng khác khiđược pha tạp vào cluster silicon Với kết bổ sung từ thí nghiệm loại phổ (khối, IR, PES ), tìm yếu tố kiểm sốt phản ứng kim loại chuyển tiếp cluster silicon Trong trình tìm kiếm quy luật ảnh hưởng đến cấu trúc hình học cấu trúc điện tử cluster silicon pha tạp, tính tốn mơ cluster với Li Mg, cluster xem dùng khối lắp ghép (building block) để lắp nối thành chuỗi nano (nanowires) Từ quan điểm bản, kết lượng tử hợp lý hóa cách sử dụng phương pháp lý thuyết khác chẳng hạn mơ hình vỏ điện tử, phân vùng mật độ điện tử hàmsóng Theo đó,một số quy luật đơn giản chung quy tắc đếm điện tử, quy tắc“thơm” (aromaticity) số clusters nhỏ xây dựng cách bản, hoàn toàn khác, hay bổ sung cho quy tắc cổ điển Hückel ĐƠN VỊ THỰC HIỆN Phịng thí nghiệm: Khoa học phân tử vật liệu nano Chủ nhiệm đề tài: GS NGUYỄN MINH THỌ Viện Khoa học công nghệ tính tốn (ICST), cơng viên phần mềm Quang Trung, Tp.HCM Khoa hóa học đại học Leuven, B-30001 Leuven, Bỉ E-mail: minh.nguyen@chem.kuleuven.be Thành viên đề tài: ThS Nguyễn Minh TÂM, ICST-MSNM Phạm Tấn Hùng, ICST-MSNM TS Phạm Hồ Mỹ Phương, ICST-MSNM Nguyễn Thị Ngọc Tuyết, ICST-MSNM Phan Thị Thu Thủy, ICST-MSNM TS Vũ Thị Ngân, ĐH Quy Nhơn (Hợp tác) TS Trương Bá Tài, ĐH KU Leuven, Bỉ Cơ quan phối hợp: NỘI DUNG BÁO CÁO TỔNG KẾT I BÁO CÁO KHOA HỌC I.1 Nghiên cứu cluster nguyên tố Si: Cấu trúc chế phát triển Trong suốt năm qua, tiến hành nghiên cứu cấu trúc hình học điện tử số lượng lớn cluster Sin cluster Sin bị pha tạp nguyên tố khác, SinMm, với M=Li, Mg, Al, P, Mn, Cu, Co, m = 1,2 Những nghiên cứu có vai trị quan trọng hiểu chế hình thành cluster Sin tính chất Quan trọng hơn, chúng tơi tìm thấy nhiều ngun tố đóng vai trị cầu nối lắp ráp đơn vị cấu trúc Sin hình thành nhiều dạng nanowire khác nhau.Chúng tơi báo cáo kết nghiên cứu 16 tháng vừa qua.Công việc nghiên cứu tiếp tục thực năm tới phịng thí nghiệm I.1.1 M@Si14+: Cấu trúc dạng fullerenecủa cluster Si pha tạp kim loại Trong nghiên cứu này, thực cách hệ thống pha tạp nguyên tố Cr, Co, Fe, Mn vào cấu trúc Si14 Các cấu trúc hình học so sánh kết đáng ý nguyên tố Mn hình thành cấu trúc dạng fullerene với spin thấp (A) Singlet (D3h) (B) Triplet (C2v) Hình Cấu trúc fullerene- Mn@Si14+ với trạng thái điện tử 1A1’ (A) và3A1 (B) Cấu trúc điện tử Mn@Si14+ nghiên cứu phương pháp DFT CASPT2/CASSCF(14,15) kết hợp với tập sở lớn Như biểu diễn hình 1, khoảng cách lượng singlet-triplet cấu trúc fullerene Mn@Si14+ 1eV Độ bền cấu trúc Mn@Si14+ đóng góp từ tương tác vân đạo 3d Mn lớp vỏ 2D Si14, chuyển điện tích từ Si14 vào nguyên tố Mn Các vân đạo 3d Mn điền đầy Si14, đo cấu trúc fullerene Mn@Si14+ có spin thấp Sự lắp đầy lớp vỏ [2S, 2P, 2D] với 18 điện tử làm cho Mn@Si14+có tính chất cộng hưởng cầu Kết tương tự quan sát trường hợp Cr Fe, nhiên phần lớn cấu trúc bền nguyên tố có spin cao I.1.2 Xác định cấu trúc, tính chất điện tử, từ tính cluster Si pha tạp Co, SinCo (n= 10-12) Chúng báo cáo kết cluster Si pha tạp với nguyên tố Co Những cấu trúc cluster silicon pha tạp Co trung hoà thu từ việc nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm Phổ hồng ngoại chọn lọc kích thước cluster SinCo (n=10-12) trung hoà đo cách sử dụng phác đồ ion hố màu IRUV hiệu chỉnh Phổ hồng ngoại thu được so sánh với phổ tính tốn cấu trúc có lượng thấp dự đoán mức lý thuyết B3P86/6311+G(d) Các kết cho thấy cluster SinCo (n=10-12) có cấu trúc khung endohedral, khung silicon ưu tiên cấu trúc lớp bao lấy nguyên tử Co Phân tích cấu trúc điện tử cho thấy cluster ổn định tương tác ion Co khung Si chuyển dịch điện tích từ orbital hoá trị sp Si cho orbital 3d Co Sự lai hoá mạnh nguyên tử Co khung Si làm thoả mãn moment từ nguyên tử Co Mật độ trạng thái (DOS) cho thấy cấu trúc vỏ điện tử rõ có liên kết mạnh orbital 3d electron hoá trị sp Si.Bởi có chuyển dịch điện tích, orbital 3d Co điền đầy moment từ thoả mãn Hình Mật độ trạng thái tổng (đường màu đen) riêng phần (các đường khác) thu từ kết tính tốn cho trạng thái spin dương spin âm đồng phân Si10Co Hình dạng orbital phân tử biểu diễn hình I.1.3Nhiệt hình thành tham số nhiệt động lực học Trong nghiên cứu xác định tham số nhiệt động cluster Si bao gồm ba trạng thái điện tích cation, anion trung hịa Các phương pháp tính tốn có độ xác cao G4 CCSD(T) kết hợp với hàm sở BCS sử dụng Trên sở này, mở rộng nghiên cứu cho hợp chất silole dẫn xuất chúng A) Năng lượng nguyên tử hóa nhiệt tạo thành cluster silicon Sin (n=2-13) có kích thước nhỏ dạng ion chúng tính tốn với phương pháp G4 CCSD(T)/CBS (aug-cc-pV (n+d)Z) Số liệu thực nghiệm Sin có sẵn lại không chắn.Cấu trúc trạng thái Si11- xác định.Sử dụng∆Hof (Si, 298K) = 451.5kJ/mol, số liệu ∆Hof(Sin, 298K) tính sau: Si2: 588/588 kJ/mol (G4/CBS), Si3: 625/632, Si4: 633/639, Si5: 669/692, Si6: 675/701, Si7: 698, Si8: 866, Si9: 872, Si10: 833, Si11: 996, Si12: 1051 Si13: 1158 Ái lực electron, lượng ion hóa, lương phân ly lượng liên kết Sin xác định Bảng liệt kê tham số nhiệt động lực học tính tốn liệu thực nghiệm Qua cho thấy kết lý thuyết thực phù hợp với N Sin-a.n ∑g, D∞h Sinn.n ∑g-,D∞h Sin+c.n ∑g+, D∞h A1, C2v B2g, D2h Ag, D2h A”2, D3h A’1, D3h B2, C2v A1, C2v A”2, D5h A’1,D5h B1, C2v Ag,C2h 2 A, C1 A’, Cs A1, C3v A1, C2v B2, C2v B2g, D2h A1, C2v B1, C2v A1, C2v B1, C2v 10 A1, C3v A1, C2v A, C1 11 A’, Cs A’, Cs A’, Cs 12 A’, Cs A’, Cs A’, Cs A1, C2v 13 A’, Cs B2, C2v Hình 3.Cấu trúc cluster Sin ba trạng thái điện tích, cột giữa: neutral, cột phải: cation, cột trái: anion Bảng 1: Nhiệt hình thành 0K 298K cluster Sin ba trạng thái điện tích anion, cation, neutral Các giá trị lượng tính G4 CCSD(T)/CBS ∆Hf Ký hiệu a.2 (2∑g+, D∞h) n.2 (3∑g-, D∞h) c.2 (4∑g+, D∞h) a.3 (2A1, C2v) n.3 (1A1, C2v) c.3 (2B2, C2v) a.4 (2B2g, D2h) n.4 (1Ag, D2h) c.4 (2B2g, D2h) a.5 (2A”2, D3h) n.5 (1A’1, D3h) c.5 (2A1, C2v) G4 (0K) CBS(1) (0K) CBS(2) (0K) G4 (298K) CBS(1) (298K) CBS(2) (298K) Exptl (298K) 364.9 585.5 1347 398.3 621.7 1421 418.6 629.3 1401 424.3 665.5 375.0 590.5 1347.5 375.3 367.6 584.8 588.3 1347.8 1350.2 377.8 593.4 1350.5 378.1 587.7 1350.7 575.5±9.4 405.2 627.8 1411.1 406.5 401.5 629.0 624.7 1412.5 1425.2 408.3 630.7 1414.9 409.5 632.0 1416.3 631.3±7.9 426.7 633.0 1400.0 428.8 422.2 635.1 632.8 1402.0 1404.8 430.2 636.5 1403.8 432.4 638.7 1405.7 634.8±8.3 447.0 685.8 450.4 689.0 450.5 689.0 453.8 692.3 1453 1466.6 1469.9 1458.4 1470.8 1474.1 427.8 669.0 661.3±10 a.6 (2B2, C2v) n.6 (1A1, C2v) 462.0 669.4 489.3 691.1 494.0 466.7 696.05 674.6 494.0 696.3 498.7 701.2 c.6 (2B1, C2v) 1418 508.2 693.5 1467 612.4 859.1 1545 653.8 864.6 1069 599.0 825.3 1592 740.7 987.0 1633 801.1 1041 1753 825.9 1148 1804 1435.2 1439.9 1423.2 1440.1 1444.9 a.7 (2A”2, D5h) n.7 (1A’1, D5h) c.7 (2A1, C2v) a.8 (2B1, C2v) n.8 (1Ag, C2h) c.8 (2B1, C2v) a.9 (2A, C1) n.9 (1A’, Cs) c.9 (2A, C2) a.10 (2A1, C3v) n.10 (1A1, C3v) c.10 (2A, C1) a.11 (2A’, Cs) n.11 (1A’, Cs) c.11 (2A’, Cs) a.12 (2A’, Cs) n.12 (1A’, Cs) c.12 (2A’, Cs) a.13 (2A’, Cs) n.13 (1A1, C2v) c.13 (2B2, C2v) 702.8±18 513.4 698.5 1473.7 743±36 619.3 866.0 1552.7 837±65 661.4 872.2 1618.4 607.0 832.7 1601.2 750.8 996.2 1642.6 810.1 1050.9 1764.0 836.5 1157.5 1813.6 B) Để mở rộng phương pháp CCSD(T)/CBS cho xác định thông số nhiệt hố học hợp chất Si, chúng tơi đưa đề tài nghiên cứu liệu xác silole hàng loạt dẫn xuất trực tiếp silole Các thông số lượng xác định phương pháp G4 CCSD(T)/CBS Sau đó, tất tính tốn sử dụng tập cở sở hiệu chỉnh phân cực vân đạo d Chúng tơi xác định cấu hình, lượng nguyên tử hoá nhiệt tạo thành đáng tin cậy cho silole gốc tự nó, cation anion sử dụng giá trị ∆Hof (Si,298 K)= 107.91 kcal/mol (107.27 kcal/mol K) Sự khác biệt giá trị TAE tính tốn phương pháp G4 CBS nhỏ, chúng có MAD khoảng 1.0 kcal/mol Cho đến nay, chưa có kết thực nghiệm cơng bố tham số Bảng 2:Năng lượng nguyên tử hóa nhiệt hình thành 0K 298K hợp chất silole trạng trái điện tích lượng proton hóa Các giá trị xác định phương pháp G4 vàCCSD(T)/CBS TAE0 Silole structure Sn Silole neutral Sc Silole cation Sa Silole anion Sr-α Silole radical-α Src-α Silole radical-α-cation Sra-α Silole radical-α-anion Sr-β Silole radical-β Src-β Silole radical-β-cation Sra-β Silole radical-β-anion Sr-Si Silole radical-Si Src-Si Silole radical-cation-Si Sra-Si Silole radical-anion-Si SH-α Silole+H-α SP-α Silole-Proton-α SH-β Silole+H-β SP-β Silole+Proton-β G4 1047.8 842.7 1049.8 936.9 748.2 972.5 940.6 773.9 970.3 963.4 793.2 1001.1 1096.6 924.1 1084.5 924.0 CBS 1049.4 843.9 1049.4 936.5 749.5 972.1 940.1 775.5 969.7 963.2 795.6 1000.5 1097.0 926.1 1084 926.3 Hof,0 G4 CBS 49.1 47.7 254.2 253.2 47.1 47.7 108.3 109.0 297.1 296.0 72.7 73.4 104.7 105.3 271.4 269.9 75.0 75.7 81.9 82.2 252.0 249.9 44.2 45.0 51.4 51.8 224.9 222.7 63.4 64.1 224.8 222.4 Hof,298 G4 CBS 45.1 43.6 250.4 249.3 43.2 43.8 105.3 107.0 294.3 293.1 69.7 70.3 101.7 102.3 268.7 267.2 72.3 72.9 78.9 79.2 249.0 246.8 41.1 41.8 46.6 47.0 220.2 217.9 58.6 59.3 220.1 217.6 Năng lượng nguyên tử hoá nhiệt tạo thành silole, gốc tự do, cation thể proton hoá tính tốn với phương pháp G4 CCSD(T)/CBS (cc-pV(n+d)Z, n = 2–6) Đến nay, liệu thực nghiệm silole chưa nghiên cứu Sử dụng ∆Hof(Si,298 K)= 107.9 kcal/mol, ∆Hof (298 K) dự đoán (sai lệch ±2 kcal/mol): silole: 44, cation gốc tự do: 249, Si gốc tự do: 79, C proton hoá: 218 and Cα–H gốc tự do: 47 Cả hai trường hợp tách dị ly đồng ly silole xảy Si Sự proton hoá carbon thêm nguyên tử hidro ưu tiên xảy vị trí Cα Các thơng số nhiệt hoá học silole là: PA = 190 kcal/mol, IE = 8.9 eV, BDE (Si–H) = 86 kcal/mol lượng proton DPE = 362 kcal/mol Các hợp chất silole khơng có lực electron, chứng tỏ nhóm có tác dụng lớn tính chất Chúng tơi so sánh giá trị nhiệt động lực học với hợp chất vòng khác cyclopentadiene, furan, thiophene 10 I.1.4 Một nhìn khác liên kết silicon tetramer (Si4, Si42+) phân tử đẳng điện tử: cộng hưởng σ hay π Chúng tơi khảo sát lại tính thơm hợp chất tetra Si hợp chất đồng điện tử dạng vịng chúng Các hợp chất pha tạp nguyên tử C khơng Các tính tốn nhằm xác định phân bố electron dòng điện cảm ứng từ trường vòng sử dụng để tìm hiểu liên kết cộng hưởng hợp chất Các phép so sánh ,Si2Al2, SinC2 Si2Al2C thực 2+ Các hệ gồm 14 (Si4 ), 16 (Si4) 18 (Si4C2+) electron hố trị cho thấy dịng “diatropic”, điều định electron  Electron khơng đóng góp đáng kể vào đáp ứng với từ trường khơng định tính thơm Những cluster xem có tính thơmvà khơng tn theo định luật Hückel V(Si)=1.8 V(Si,Si)=1.7 a) Si42+ (D4h,1A1g) V(Si)=2.3 V(Si,Si)=1.5 V(Si)=2.3 b) Si4 (D2h, 1Ag) Hình Phân bố điện tử tính ELF a) Si42+ b) Si4 Dòng từ trường dication Si42+ biểu diễn hình 5.Trạng thái singlet Si4 có 16 điện tử khơng có tính chất cộng hưởng.Nghiên cứu cho thấy, xuất vân đạo bất định xứ điều kiện cần chưa đủ để kết luận cộng hưởng 11 Figure 5: Dòng từ trường Si42+ I.1.5 Cấu trúc ptC an định cấu trúc vòng lớn Cấu trúc Si9C Trong nghiên cứu này, sử dụng phương pháp tính tốn hố lượng tử phân tích phân bố electron (MO, DOS, ELF), chúng tơi tìm số cluster silicon germanium có pha tạp carbon đạt cấu hình phẳng tetracoordinate carbon với độ bền tốt Các cấu trúc bền CSi9 CGe9 biểu diễn hình Mặc dù nhân tố định q trình phẳng hố carbon phân tử hình vng (với X = Si, Ge) phân tán electron khung X4 với liên kết đơn C-X, cluster CSi9 CGe9 có độ bền định nhân tố ảnh hưởng điện tử cấu trúc không gian khung X9 Trong phân tử CX9, tương tác tĩnh điện làm gia tăng độ bền “the CX4 moiety” việc trì cấu hình ptC 12 CSi9 (Cs, 1A’) CGe9 (C4v, 1A1) Hình6.Cấu trúc bền cluster CSi9và CGe9 Hàm định xứ electron cấu trúc Si4C2+ biểu diễn hình 6, qua cho thấy liên kết Si-C cấu trúc Si4C2+ Hình Hàm định xứ electron CSi42+ với giá trị ELF = 0.82 I.1.6 Cấu trúc, tham số nhiệt động chế phát triển cluster SinAlm (n=1−11,m= 1−2) anion chúng Chúng tiến hành nghiên cứu cách hệ thống cluster silicon pha tạp nhôm, SinAlm với n=1-11 m=1-2, trạng thái trung hoà anion, 13 cách sử dụng tính tốn hố học lượng tử Cấu trúc cân có lượng nhỏ cluster xem xét xác định sở lượng G4 Năng lượng ngun tử hố tính chất nhiệt động có độ xác cao xác định lần cách sử dụng phương pháp G4 CCSD(T)/CBS Các cấu trúc hình học tương quang lượng chúng biểu diễn hình 7.Với kích thước, thay nguyên tử Si cluster silicon vị trí khác nguyên tử Al luôn dẫn đến loại phổ cấu trúc nhị phân có hình dạng lượng tương tự Sự suy biến lượng tái diễn cluster cỡ lớn, đặc biệt anion Hướng phát triển trạng thái cân cho cluster Si pha tạp Al sau: n.1.1.A (4∑g, C∞v) 0.00 (0.00) n.2.1.A (2A’, Cs) 0.00 (0.00) n.2.1.B (4A’, Cs) 0.66 (0.56) n.3.1.A (2A1, C2v) 0.00 (0.00) n.3.1.B (2A1, C2v) 0.74 (0.68) n.4.1.A (2A1, C2v) 0.00 (0.14) n.4.1.B (2A’, Cs) 0.02 (0.32) n.4.1.C (2A, C1) 0.25 (0.00) n.5.1.A (2A’, Cs) 0.00 (0.00) n.5.1.B (2A”, Cs) 0.34 (0.42) n.6.1.A (2A1, C2v) 0.00 (0.00) n.6.1.B (2A’, Cs) 0.27 (0.15) n.6.1.C (2A’, Cs) 0.60 (0.19) n.6.1.D (2A, C1) 0.76 (0.42) Hình Cấu trúc số cluster SinAl nhỏ trạng thái trung hòa (B3LYP/6-311+G(d)) 14 n.1.2.A (1A1, C2v) 0.00 (0.12) n.1.2.B (3A2, C2v) 0.24 (0.00) n.2.2.A (1A1, C2v) 0.00 (0.00) n.2.2.B (1Ag, D2h) 0.06 (0.17) n.3.2.A (1A1, C2v) 0.00 (0.00) n.3.2.B (1A1, C2v) 0.46 (0.84) n.4.2.A (1A’, Cs) 0.00 (0.00) n.4.2.B (1A, C2) 0.08 (0.09) n.4.2.C (1A’, Cs) 0.11 (0.17) n.5.2.A (1A1, C2v) 0.00 (0.00) n.5.2.B (1A, C1) 0.08 (0.08) n.5.2.C (1A1, C2v) 0.24 (0.19) n.5.2.D (1A’, Cs) 0.35 (0.41) n.5.2.E (1A’, Cs) 0.44 (0.51) Hình 9.Cấu trúc số cluster SinAl2 (n=1-5) trạng thái trung hòa (B3LYP/6-311+G(d)) (i) Các cluster trung hoà AlnSi ưu tiên thay Al vào vị trí Si tương ứng với cation , anion SinAl- có nguyên tử Si hợp chất đồng điện tử Sin+1 bị thay tạp chất Al; (ii) Đối với cluster , loại trung hồ có hình dạng cấu trúc Sin+ nguyên tử Al thay nguyên tử Si nguyên tử Al lại gắn vào cạnh mặt cluster, với cluster anion nguyên tử Al thay cho nguyên tử Si khung Chất tẩm Al có xu hướng khơng ưa chuộng vị trí có số phối trí cao I.1.7 Silicon Nanowires với cầu nối Mg Trong nghiên cứu này, chúng tơi tìm kiếm cluster ngun tố Si bị pha tạp nguyên tố khác dùng vật liệu nano Chúng phát nguyên tố Li đặc biệt nguyên tố Mg sử dụng cầu nối gữa cluster Sin hình thành cấu trúc SinMgm Các cluster Sin, với n=5,7,8,10 sử dụng đơn vị cấu trúc, kết hợp với cầu nối Mg Các cluster Sin chọn có độ bền cao khơng thay đổi cấu trúc hình học pha tạp Mg Kết tính tốn chúng tơi cho thấy cộng đơn vị cấu trúc theo trục đối xứng với cầu nối nguyên tử dẫn đến hình thành cấu trúc nanowire Cũng với phương 15 pháp này, đơn vị cấu trúc khác, lắp rắp thành cơng dẫn đến hình thành cấu trúc nanowire dạng thẳng dạng vịng Các cấu trúc nanowire tính toán phương pháp B3LYP/6-311G(d) cho thấy cấu trúc cấu trúc bền Các kết cấu trúc dạng thẳng vòng biểu diễn hình 10 hình 11 L2 L3 L4 L5 Hình 10.Một cấu trúc nanowire dạng thẳng đơn vị cấu trúc Si5 L2 L3 L4 Hình 11.Một cấu trúc nanowire dạng thẳng đơn vị cấu trúc Si7 Năng lượng lắp ráp đơn vị cấu trúc xác định công thức sau: EA[(SikMg)n] = {nE[SikMg] - E[(SikMg)n]}/n 16 Kết tính tốn lượng lắp ráp, cho thấy clusters (SikMg)n (k = 5, 7, 10) cấu trúc Sik có khuynh hướng hình thành cấu trúc dạng vòng dạng thẳng I.2Kết luận Chúng tơi đạt kết đáng khích lệ với năm nghiên cứu, Theo đề án nghiên cứu ban đầu, tiến hành nghiên cứu cấu trúc cluster silicon pha tạp với nhiều nguyên tố khác bao gồm kim loại nguyên tố thuộc phân nhóm Al, P, Ti, Zr, Cu, Cr, Co, Fe Chúng xác định tham số nhiệt động cho Sin bao gồm neutral, cation anion Bằng nhiều phương pháp khác nhau, chúng tơi xác định tính chất đặc biệt tượng liên kết cluster silicon nói Kết nghiên cứu chúng tơi cluster silicon phát triển với hướng khác Điều chứng tỏ loại đơn vị cấu trúc xuất phương pháp pha tạp Đặc biệt, chúng tơi tìm thấy ngun tố Mg đóng vai trị cầu nối, liên kết đơn vị cấu trúc Trong thời gian tiếp theo, tiếp tục nghiên cứu vật liệu dựa nguyên tố Si nhằm hoàn thiện thông tin loại vật liệu đầy thử thách thú vị với nhiều ứng dụng hứa hẹn Lời cuối báo cáo này, chân thành cảm ơn Sở Khoa học Công nghệ Thành phố tài trợ kinh phí cho chúng tơi 17 PHỤ LỤC Bài báo: “Structure, Thermochemical Properties and Growth Sequence of Aluminum Doped Silicon Clusters SinAlm (n = – 11, m = – 2) and Their Anions” Tạp chí: “Journal of Physical Chemistry A” Tác giả:Nguyễn Minh Tâm, Trương Bá Tài, Vũ Thị Ngân, Nguyễn Minh Thọ 18 PHỤ LỤC Bài báo: “Heats of Formation and Thermochemical Parameters of Small Silicon Clusters and their Ions, Sin+/0/- withn = – 13” Tạp chí: “Chemical Physics Letters” Tác giả: Nguyễn Minh Tâm, Nguyễn Minh Thọ 19 PHỤ LỤC Bài báo: “Heat of Formation and Thermochemical Parameters of Silole” Tạp chí: “Chemical Physics Letters” Tác giả:P A Denis, Nguyễn Minh Tâm, Nguyễn Minh Thọ 20 PHỤ LỤC Bài báo: “Planar Tetracoordinate Carbon Stabilized by Heavier Congener Cages: The Si9C and Ge9C Clusters” Tạp chí: “Chemical Physics Letters” Tác giả:Nguyễn Minh Tâm, Vũ Thị Ngân, Nguyễn Minh Thọ 21 PHỤ LỤC Bài báo: “Ring currents in silicon tetramer (Si4, Si42+) and planar tetracoordinate carbon doped cluster Si4C2+: σ versus π aromaticity Tạp chí: “Chemical Physics Letters” Tác giả: Nguyễn Minh Tâm, Phạm Tấn Hùng, Nguyễn Minh Thọ 22