КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 24-23-00207
НазваниеКвантовохимическое исследование ультратонких наностержней теллура, селена и серы с учетом спиральной периодичности
РуководительЭварестов Роберт Александрович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", г Санкт-Петербург
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2024 г. - 2025 г. |
Конкурс№89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-703 - Моделирование наноструктур, их формирования и самосборки
Ключевые слованеэмпирические расчеты, спиральные группы симметрии, стержневые группы симметрии, наностержни, спирально периодические наноструктуры, сера, селен, теллур, электромеханические свойства, аксиальное напряжение, торсионное напряжение
Код ГРНТИ31.15.17
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект посвящен развитию способов симметрийного описания и квантовохимического исследования одномерных систем, в частности наностержней. В настоящее время, симметрию наностержней принято рассматривать с позиции т.н. стержневых групп симметрии, которые являются подгруппами пространственных групп. Однако, в последнее время появляются экспериментальные свидетельства того, что при исследовании ультратонких наностержней необходимо выходить за рамки стержневых групп и использовать более общий математический аппарат спиральных групп симметрии.
В рамках спиральных групп симметрии возможны иррациональные порядки винтовых осей, которые появляются при рассмотрении спиральных стереорегулярных полимеров и нанотрубок. Как известно, в пространственных группах и их стержневых подгруппах возможны только кристаллографические порядки винтовых осей (2,3,4 и 6), что обусловлено совместимостью этих порядков с трансляционной периодичностью в трех измерениях. Однако, для наностержней это требование отсутствует, поэтому порядок винтовой оси может отличаться от кристаллографического. Недавно было экспериментально найдено, что ультратонкие наностержни теллура (объемный кристалл которого имеет пространственную группу P3121) являются внутренне закрученными. Это значит, что в таких стержнях порядок винтовой оси отличен от 3 и их необходимо рассматривать с позиции спиральных групп симметрии. Более того, можно полагать, что использование спиральных групп вместо стержневых требуется для многих других ультратонких наностержней, группы симметрии которых содержат винтовые оси (например, P6122, P4122, P2221).
Технологическое развитие требует дальнейшей миниатюризации наноустройств, а значит, необходимости исследования эффектов, связанных с дальнейшим уменьшением линейных размеров нанообъектов, в частности, толщины наностержней. Отличие истинной симметрии от кристаллографической может в значительной степени менять свойства ультратонких наностержней, в сравнении со свойствами объемного кристалла.
В рамках предлагаемого проекта предполагается квантовохимически определить истинную спиральную симметрию ультратонких наностержней теллура, селена и спиральной серы. Соответствующие им объемные кристаллы обладают пространственной группой симметрии P3121. Все ранее проведенные теоретические исследования этих объектов ограничивались соответствующей стержневой группой, в то время как для ультратонких наностержней теллура экспериментально показана необходимость использования спиральных групп симметрии. Ожидается, что результаты данного проекта, относящиеся к ультратонким стержням селена и спиральной серы, позволят теоретически предсказать симметрию и свойства этих объектов, еще не синтезированных экспериментально.
Коллектив авторов проекта имеет большой научный задел как в области общей теории спиральных групп симметрии, так и в области практического применения указанной теории для квантовохимических расчетов различных однопериодических нанообъектов, в частности нанотрубок, наностержней, наногелиценов. Это гарантирует, что полученные результаты, как и предыдущие работы коллектива, будут опубликованы в высокорейтинговых международных журналах.
Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта предполагается получить следующие результаты:
Во-первых, в едином ключе будут теоретически исследованы ультратонкие наностержни разной формы (тригональной и гексагональной) и диаметра для трех халькогенов – теллура, селена, и серы. Будет определена спиральная симметрия и геометрия данных объектов, которая отличается от ранее предполагаемой кристаллографической. Очевидно, что с увеличением диаметра стержня, порядок винтовой оси будет стремиться к трем, однако характер этого стремления может быть различным для стержней разной формы. Поэтому важным результатом будет теоретически определенная зависимость порядка винтовой оси от диаметра наностержней разной формы для каждого из исследуемых халькогенов.
Во-вторых, для наностержней различной формы будут неэмпирически рассчитаны двухпараметрические зависимости их электронных свойств как функции аксиальных и торсионных напряжений. Кроме того, будут рассчитаны фононные свойства наностержней различной формы. Указанный набор свойств необходим для полного физического описания рассматриваемых одномерных систем, а также для прогнозирования перспектив их применения в различных нанотехнологических областях.
В-третьих, на данных системах будут методически отработаны новые подходы, связанные с исследованием ультратонких наностержней с помощью спиральной периодичности. Отметим также, что любая одномерная наноструктура при наложении торсионного напряжения теряет трансляционную периодичность, оставляя при этом спиральную периодичность. Поэтому развиваемая в данном проекте методика может быть применена для теоретического исследования влияния торсионных напряжений на структуру и свойства любых наностержней.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ