ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ ПО ПРИОРИТЕТНЫМ НАПРАВЛЕНИЯМ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ ГРАЖДАНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

В рамках проекта "Электронная и атомная структуры перспективных сверхпроводящих углеродных наноструктур" проводилось теоретическое исследование атомной и электронной структуры углеродных тороидальных молекул (два изомера С₁₂₀ и С₂₄₀) и их эндоэдральных комплексов с литием (Li2@Cn и Li4@Cn). Расчеты осуществлялись как неэмпирическим (базис 3-21G), так полуэмпирическим (MNDO) методами. Для металлосоединений с помощью молекулярной динамики изучалось поведение внедренных атомов во внутренней полости углеродного остова.

Тороидальные молекулы и их комплексы с литием.
a) С₁₂₀,
b) изомер C₁₂₀,
c) C₂₄₀,
d) Li₂@C₁₂₀,
e) Траектория движения атомов лития в процессе молекулярного моделирования комплекса Li₂@C₁₂₀,
f) Li₄@C₁₂₀.

Показано, что в структуре электронных уровней металлокомплексов находится внедренное состояние, расположенное в запрещенной зоне, появление которого обусловлено наличием в молекулах электронов атомов металла. При температурах порядка 100-300 К ионы щелочных металлов приобретают орбитальный момент за счет коррелированного движения ядер над низкоэнергетическими барьерами потенциальной поверхности внутри углеродных торов. Возникновение этих орбитальных моментов объяснено изменением вклада орбитального электронного момента в потенциальную поверхность комплексов. Положение внедренного состояния и ширина запрещенной щели зависят как от исходной углеродной структуры, так и от количества внедренных атомов. Движение ионов щелочного металла приводит к размыванию потолка валентной зоны и к появлению волны зарядовой плотности поляризации углеродной сферы.

Плотности состояний тороидальных структур.
a) С120 (elong), C120 (short) - MNDO, b) С120 (elong), C120 (short) - 3-21G c) С120 (elong) - MNDO, 3-21G (оптимизация происходила методом MNDO), 3-21G, d) C120 (short) - MNDO, 3-21G (оптимизация происходила методом MNDO), 3-21G.

Изучена электронная и атомная структура десятков низших и высших фуллеренов различной симметрии. Предложена новая схема образования фуллеренов, основанная на анализе схожести между экспериментально зафиксированными углеродными структурами. Первоначально, согласно экспериментальным данным, идет синтез микрокластеров С2 и С10, затем из них собирается либо промежуточный кластер-зародыш, либо готовый низший фуллерен. Из кластер-зародыша с "хорошей" симметрией может, с достаточно высокой вероятностью, собираться фуллерен высокой симметрии. Рассмотрены атомные и электронные структуры таких молекул как С36, С60, С70, С76; для С36 рассчитаны ЯМР спектры и сопоставлены с экспериментальными данными.

Лаборатория физики магнитных явлений