7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.1.4. Cluster germanium pha tạp hai nguyên tử kim loại
Sự thay đổi về số lượng nguyên tử pha tạp đã tạo ra các cấu trúc hình học với các độ bền và tính chất khác nhau của cluster. Nhiều nghiên cứu về cluster germanium pha tạp hai nguyên tử kim loại đã cho thấy các kết quả mới. Năm 2008, Wang và cộng sự [16] đã nghiên cứu về cấu trúc, độ bền tính
chất dao động của hai nguyên tử Mo trong cluster GenMo2 (n=9-15) bằng phương pháp UB3LYP/LanL2DZ và đã chỉ ra rằng cấu trúc bền của cluster có một nguyên tử Mo nằm ở trung tâm và nguyên tử Mo còn lại nằm trên bề mặt khi 9 ≤ n ≤ 13, với n ≥ 15 thì hai nguyên tử Mo nằm gọn vào bên trong khung lồng Gen (Mo2).Quy luật phát triển cấu trúc cluster GenMo2 (n=9-15) bền nhất cũng tương đối giống với cấu trúc cluster SinMo2 [52].
Và gần đây nhất Liang và các cộng sự đã nghiên cứu về cấu trúc và tính chất của cluster Fe2Gen-/0 (n = 3 – 12) [14] bằng phương pháp PBE và bộ hàm cơ sở DNP đã chỉ ra rằng cluster Fe2Gen ở kích thước nhỏ (n = 3 – 8) có cấu trúc là các lưỡng tháp đa diện, trong khi đó với kích thước lớn hơn (n ≥ 9) thì có cấu trúc lồng đa diện khép kín với nguyên tử Fe làm trung tâm. Tuy nhiên đồng phân bền nhất của cluster anion Fe2Gen- (n ≥ 9) có cấu trúc khác với cluster trung hòa Fe2Gen. Tương tác sắt từ được tìm thấy giữa hai nguyên tử sắt trong cluster trung hòa Fe2Gen và tổng momen từ luôn giữ 4 μB cho đến n = 12, điều này trái ngược với cluster một nguyên tử Fe pha tạp vào Gen thì không xuất hiện từ tính.Bắt đầu từ n ≥ 8, cấu trúc trạng thái cơ bản của các cluster trung hòa Fe2Gen khác với các anion tương ứng của nó, cho thấy rằng một electron thừa trên các cluster có thể ảnh hưởng đáng kể đến năng lượng thấp nhất cấu trúc.
Năm 2014 Dhaka và các cộng sự [53] cũng đã nghiên cứu lý thuyết từ tính của các cluster Gen trung hòa pha tạp dimer Cr2 (1 ≤ n ≤ 12) bằng phương pháp B3LYP với bộ hàm cơ sở LanL2dz-dp-ECP cho Ge và LanL2dz-ECP cho Cr và thấy rằng chúng có từ tính rất cao khi n=2-10 (10 B hoặc 8 B), tuy nhiên công trình này không cho biết cấu trúc hình học và cấu trúc electron của cluster khảo sát.
Năm 2018, Liang và các cộng sự đã nghiên cứu về cấu trúc và tính chất của cluster germanium pha tạp 2 nguyên tử Cr ở trạng thái anion Cr2Gen- với
số nguyên tử Ge nằm trong khoảng n = 3–14 [15] bằng phương pháp phiếm hàm mật độ PBE và bộ hàm cơ sở 6-311+G(d) kết hợp với phổ photoelectron và đã cho thấy hai nguyên tử Cr trong cluster anion Cr2Gen- có xu hướng tạo liên kết với nhau và chiếm nhiều phối trí khi tạo nhiều tương tác với các nguyên tử Ge. Đáng chú ý từ tính của các cluster anion này được xác định là cực tiểu (1B). Các nghiên cứu lý thuyết cũng dự đoán rằng các cluster germanium pha tạp kim loại chuyển tiếp có xu hướng để sở hữu mômen từ cao hơn so với cluster silicon pha tạp tương ứng.
Hai nghiên cứu về cluster Ge pha tạp 2 nguyên tử Cr dạng trung hòa và dạng anion cho thấy việc thay đổi trạng thái điện tích có thể dẫn tới sự thay đổi đáng kể về từ tính của cluster này. Tuy nhiên, các kết quả tính toán lý thuyết cũng cần kiểm chứng kĩ với phương pháp lý thuyết phù hợp. Ở nghiên cứu về cluster GenCr2 trung hòa [53], các tác giả dùng bộ hàm cơ sở thế lõi hiệu dụng tương đối nhỏ kết hợp với phương pháp DFT hỗn hợp B3LYP; ở nghiên cứu về cluster anion [15] các tác giả dùng bộ hàm cơ sở đầy đủ tách ba 6-311+G(d) kết hợp với phiếm hàm thuần khiết PBE. Các nghiên cứu về từ tính của cluster silicon pha tạp kim loại chuyển tiếp tính bởi phương pháp phiếm hàm mật độ hỗn hợp B3P86 và bộ hàm cơ sở 6-311+G(d) phù hợp tốt với thực nghiệm đo từ tính và phổ hồng ngoại của cluster [54], [55].Mặt khác, theo hiểu biết của chúng tôi chưa thấy có công trình nào công bố cấu trúc và tính chất của các cluster germanium pha tạp đồng thời hai nguyên tử Cr bằng phương pháp B3P86/6-311G+(d) ở trạng thái cation. Vì vậy, trong đề tài này chúng tôi quyết định chọn đối tượng nghiên cứu là cluster Cr2Gen ở trạng thái trung hòa và cation.
Cấu trúc và tính chất cluster không những phụ thuộc rất nhiều vào thành phần và kích thước của chúng mà còn phụ thuộc chặt chẽ vào số elelctron của cluster. Do đó việc nghiên cứu có hệ thống cấu trúc, cơ chế hình
thành và tính chất cluster ở các trạng thái điện tích khác nhau giúp chúng ta hiểu được ảnh hưởng điện tích đến cấu trúc và tính chất của chúng, từ đó góp phần phát hiện phục vụ thiết kế những vật liệu mới sử dụng trong các ngành công nghiệp vật liệu hay vi điện tử, xúc tác…
2.2. Phương pháp nghiên cứu