7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.2.4. Năng lượng vùng cấm HOMO-LUMO
Khoảng cách giữa năng lượng của orbital bị chiếm cao nhất HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) và năng lượng orbital không bị chiếm thấp nhất LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) được gọi là năng lượng vùng cấm HOMO – LUMO. Trong trường hợp hệ có cấu hình vỏ mở, tức là hệ có electron độc thân thì orbital cao nhất bị chiếm bởi 1 electron nên còn được gọi là SOMO (Singly Occupied Molecular Orbital). Năng lượng vùng cấm quyết định độ bền của phân tử, cũng như khả năng phản ứng của phân tử đó. Các phân tử có năng lượng vùng cấm nhỏ thì kém bền và có khả năng phản ứng cao hơn vì electron trong orbital bị chiếm dễ dàng chuyển lên orbital không bị chiếm để trở thành trạng thái kích thích và tham gia phản ứng. Ngược lại, phân tử có năng lượng vùng cấm lớn thì bền và khó tham gia phản ứng vì electron khó chuyển lên orbital không bị chiếm để trở thành trạng thái kích thích. Vì vậy, năng lượng vùng cấm HOMO – LUMO là một đại lượng cho phép đánh giá độ bền cấu trúc electron của phân tử. Do đó, năng
lượng vùng cấm HOMO – LUMO ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất quang của vật liệu bán dẫn được sử dụng trong các thiết bị điện tử. Giá trị năng lượng vùng cấm của cluster GenCr20/+ được liệt kê trong Bảng 3.4, trong đó HOMO, LUMO được xem xét cho cả orbital spin α và β.
Bảng 3.4. Năng lượng vùng cấm HOMO-LUMO (eV) của cluster GenCr20/+ với n=3-10 n GenCr2 GenCr2+ 3 1,52 2,10 4 1,66 1,85 5 1,66 1,95 6 1,90 1,67 7 1,48 1,40 8 1,60 1,59 9 1,66 1,62 10 1,53 1,94
Hình 3.14. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của năng lượng vùng cấm ∆EHOMO-LUMO (eV) của cluster Ge Cr 0/+ vào kích thước cluster (n)
Qua đồ thị Hình 3.14 cho thấy, với n ≤ 5 thì việc bớt 1 electron của cluster trung hòa làm tăng năng lượng vùng cấm. Với 6 ≤ n ≤ 9 việc bớt elctron làm giảm năng lượng vùng cấm. Với n = 3, 10, cluster trung hòa GenCr2 có năng lượng vùng cấm nhỏ hơn rất nhiều so với cluster cation điều đó chứng tỏ cấu trúc điện tử của cluster cation Ge3Cr2+, Ge10Cr2+ khá bền.
Nhìn chung, cluster trung hòa và cluster cation có năng lượng vùng cấm HOMO-LUMO chênh lệch nhỏ, điều đó cho thấy việc bớt một elelctron không ảnh hưởng nhiều đến cấu trúc điện tử của cluster.