Энергетика и упругие свойства больших нано-объектов: безорбитальный подход на основе теории функционала плотности
(Стр. 11-17)
Подробнее об авторах
Заводинский Виктор Григорьевич
доктор физико-математических наук, профессор; ведущий научный сотрудник
Хабаровское отделение Института прикладной математики Дальневосточного отделения Российской академии наук
г. Хабаровск, Российская Федерация Горкуша Ольга Александровна кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник; Хабаровское отделение Института прикладной математики Дальневосточного отделения Российской академии наук; г. Хабаровск, Российская Федерация
Военная академия связи имени маршала Советского Союза С.М. Буденного
г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
Хабаровское отделение Института прикладной математики Дальневосточного отделения Российской академии наук
г. Хабаровск, Российская Федерация Горкуша Ольга Александровна кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник; Хабаровское отделение Института прикладной математики Дальневосточного отделения Российской академии наук; г. Хабаровск, Российская Федерация
Военная академия связи имени маршала Советского Союза С.М. Буденного
г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
Нажимая на кнопку купить вы соглашаетесь с условиями договора оферты
Уважаемый покупатель, статья находится в архивном доступе. По факту оплаты для ее получения отправьте запрос по электронной почте urvak@urvak.ru
Аннотация:
В рамках полноэлектронной версии безорбитального подхода на основе теории функционала плотности рассчитаны энергия когезии Ecoh и объемный модуль упругости B больших наносистем: Cn, Sin, Aln и Tin, где количество атомов n достигает для углерода и кремния 4096, для алюминия - 23 328, для титана - 2662. Наносистемы взяты как фрагменты соответствующих кристаллических твердых тел. Определено, что Ecoh и B стремятся к их значениям, характерным для массивных материалов. Таким образом, убедительно показано, что наш безорбитальный подход может быть успешно использован для исследования механических свойств больших наносистем.
Образец цитирования:
Заводинский В.Г., Горкуша О.А., (2021), ЭНЕРГЕТИКА И УПРУГИЕ СВОЙСТВА БОЛЬШИХ НАНО-ОБЪЕКТОВ: БЕЗОРБИТАЛЬНЫЙ ПОДХОД НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ ФУНКЦИОНАЛА ПЛОТНОСТИ. Computational nanotechnology, 2 => 11-17.
Список литературы:
Hohenberg H., Kohn W. Inhomogeneous electron gas // Physical Review. 1964. No. 136. Pp. B864-B871.
Perdew J.P., Zunger A.S. Self-interaction correction to density functional approximation for many-electron systems // Physical Review. 1981. No. 23. Pp. 5048-5079.
Ceperley D.M., Alder B.J. Ground state of the electron gas by a stochastic method // Physical Review. 1980. No. 45. Pp. 566-569.
Thomas L.H. The calculation of atomic field // Proc. Cambr. Phil. Soc. 1927. No. 23. Pp. 542-548.
Fermi E. Un metodo statistic per la determinazione lcune priorieta dell’atomo // Rend. Accad. Lincei. 1927. No. 6. Pp. 602-607.
v. Weizsacker C.F. Theorie de Kernmassen // Z. Physik. 1935. No. 96. Pp. 431-458.
Kohn W., Sham J.L. Self-consistent equations including exchange and correlation effects // Phys. Rev. 1965. No. 40. Pp. A1133-A1138.
Gomez S., Gonzalez L.E., Gonzalez D.J. et al. Orbital free ab initio molecular dynamic study of expanded liquid Cs // Non-Cryst. Solids. 1999. No. 250-252. Pp. 163-167.
Wang Y.A., Carter E.A. Orbital-free kinetic-energy density functional theory. In: Theoretical methods in condensed phase chemistry. Schwartz, S.D.: Springer, Dordrecht, 2002. Pp. 117-184.
Huajie Chen, Aihui Zhou. Orbital-free density functional theory for molecular structure calculations // Numerical Mathematics: Theory, Methods and Applications. 2008. No. 1. Pp. 1-28.
Hung L., Carter E.A. Accurate simulations of metals at the mesoscale: Explicit treatment of 1 million atoms with quantum mechanics // Chem. Phys. Lett. 2009. No. 475. Pp. 163-170.
Karasiev V.V., Chakraborty D., Trickey S.B. Progress on new approaches to old ideas: Orbital-free density functionals. In: Many-electron approaches in physics, chemistry and mathematics. Mathematical physics studies. V. Bach, S.L. Delle (eds.). Schwartz, S.D.: Springer, Dordrecht, 2014. Pp. 113-135.
Sarry A.M., Sarry M.F. To the density functional theory // Physics of Solid State. 2012. No. l54 (6). Pp. 1315-1322.
Bobrov V.B., Trigger S.A. The problem of the universal density functional and the density matrix functional theory // J. Exper. Theor. Phys. 2013. No. 116 (4). Pp. 635-640.
Zavodinsky V.G., Gorkusha O.A. On a possibility to develop a full-potential orbital-free modelling approach // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2019. No. 9 (4). Pp. 402-409.
Заводинский В.Г., Горкуша О.А. Полноэлектронный безорбитальный метод моделирования атомных систем: первый шаг // Computational nanotechnology. 2019. Т. 6. № 3. С. 72-76.
Fuchs M., Scheffler M. Ab initio pseudopotentials for electronic structure calculations of poly-atomic systems using density-functional theory // Comp. Phys. Commun. 1999. No. 119. Pp. 67-98.
Houqian Sun, Yun Ren, Zhaofeng Wu, Ning Xu. Density functional calculation of the growth, electronic and bonding properties of titanium clusters Tin (n = 2-20) // Computational and Theoretical Chemistry. 2015. No. 1062. Pp. 74-83.
Waschi H.P., Stoll H., Preuß H. Ab-initio and PCILO calculations of diamond clusters and the corresponding saturated hydrocarbons // Z. Naturforsch. 1978. No. 83. Pp. 358-365.
Robertson J. Diamond-like amorphous carbon // Materials Science and Engineering R. 2002. No. 37. Pp. 129-281.
Ahlrichs R., Elliott S.D. Clusters of aluminium, a density functional study // Phys. Chem. Chem. Phys. 1999. No. 1. Pp. 13-21.
Kiohara V.O., Carvalho E.F.V., Paschoal C.W.A. et al. DFT and CCSD(T) electronic properties and structures of aluminum clusters: Alnx (n = 1-9, x = 0, ±1) // Chemical Physics Letters. 2013. No. 568-569. Pp. 42-48.
Wei S.H., Zeng Zhi, You J.Q. et al. A density-functional study of small titanium clusters // J. Chem. Phys. 2000. No. 113. Pp. 11127-11133.
Tomanek D.S. Calculation of magic numbers and the stability of small Si clusters // Phys. Rev. Lett. 1986. No. 56 (10). Pp. 1055-1058.
Xiaolei Zhu, Zeng X.C. Structures and stabilities of small silicon clusters: Ab initio molecular-orbital calculations of Si7-Si11 // Journal of Chemical Physics. 2003. Vol. 118. No. 8. Pp. 3558-3570.
Заводинский В.Г., Чибисов А.Н., Гниденко А.А., Алейникова М.А. Tеоретическое исследование упругих свойств малых наночастиц с различными типами межатомных связей // Механика композиционных материалов и конструкций. 2005. Т. 11. № 3. С. 337-346.
Вахрушев А.В., Шушков А.А. Моделирование упругой реакции наночастиц на силовое воздействие // Известия Института математики и информатики. 2006. № 2 (36). С. 125-128.
Gerard C., Pizzagalli L. Mechanical behavior of nanoparticles: Elasticity and plastic deformation mechanisms // Journal Pramana of Indian Academy of Sciences. Physics. 2015. Vol. 84. No. 6. Pp. 1041-1048.
Nysten B., Frétigny Ch., Cuenot S. Elastic modulus of nanomaterials: Resonant contact-AFM measurement and reduced-size effect // Proc. SPIE Conf. Vol. 5766: Testing, Reliability, and Application of Micro- and Nano-Material Systems IIIª (SPIE, Bellingham, 2005). R.E. Geer, N. Meyendorf, G.Y. Baaklini, B. Michel (eds.). Pp. 78-88.
Qiong Wu, Wei-shou Miao, Yi-du Zhang et al. Mechanical properties of nanomaterials: A review // Nanotechnol. Rev. 2020. No. 9. Pp. 259-273.
Луняков Ю.В., Балаган С.А. Модуль упругости кремниевых и германиевых фуллеренов Si60 и Ge60 // Физика твердого тела. 2015. Т. 57. Вып. 6. С. 1058-1063.
Магомедов М.Н. Зависимость упругих свойств от размера и формы нанокристалов алмаза, кремния и германия // Журнал технической физики. 2014. Т. 84. Вып. 11. C. 80-90.
Zavodinsky V.G., Kuyanov I.A., Holavkin M.N. Soft elastic behavior of nanometer silicon particles: Computer simulation // Phys. of Low-Dim. Struct. 1999. No. 9/10. Pp. 49-56.
Perdew J.P., Zunger A.S. Self-interaction correction to density functional approximation for many-electron systems // Physical Review. 1981. No. 23. Pp. 5048-5079.
Ceperley D.M., Alder B.J. Ground state of the electron gas by a stochastic method // Physical Review. 1980. No. 45. Pp. 566-569.
Thomas L.H. The calculation of atomic field // Proc. Cambr. Phil. Soc. 1927. No. 23. Pp. 542-548.
Fermi E. Un metodo statistic per la determinazione lcune priorieta dell’atomo // Rend. Accad. Lincei. 1927. No. 6. Pp. 602-607.
v. Weizsacker C.F. Theorie de Kernmassen // Z. Physik. 1935. No. 96. Pp. 431-458.
Kohn W., Sham J.L. Self-consistent equations including exchange and correlation effects // Phys. Rev. 1965. No. 40. Pp. A1133-A1138.
Gomez S., Gonzalez L.E., Gonzalez D.J. et al. Orbital free ab initio molecular dynamic study of expanded liquid Cs // Non-Cryst. Solids. 1999. No. 250-252. Pp. 163-167.
Wang Y.A., Carter E.A. Orbital-free kinetic-energy density functional theory. In: Theoretical methods in condensed phase chemistry. Schwartz, S.D.: Springer, Dordrecht, 2002. Pp. 117-184.
Huajie Chen, Aihui Zhou. Orbital-free density functional theory for molecular structure calculations // Numerical Mathematics: Theory, Methods and Applications. 2008. No. 1. Pp. 1-28.
Hung L., Carter E.A. Accurate simulations of metals at the mesoscale: Explicit treatment of 1 million atoms with quantum mechanics // Chem. Phys. Lett. 2009. No. 475. Pp. 163-170.
Karasiev V.V., Chakraborty D., Trickey S.B. Progress on new approaches to old ideas: Orbital-free density functionals. In: Many-electron approaches in physics, chemistry and mathematics. Mathematical physics studies. V. Bach, S.L. Delle (eds.). Schwartz, S.D.: Springer, Dordrecht, 2014. Pp. 113-135.
Sarry A.M., Sarry M.F. To the density functional theory // Physics of Solid State. 2012. No. l54 (6). Pp. 1315-1322.
Bobrov V.B., Trigger S.A. The problem of the universal density functional and the density matrix functional theory // J. Exper. Theor. Phys. 2013. No. 116 (4). Pp. 635-640.
Zavodinsky V.G., Gorkusha O.A. On a possibility to develop a full-potential orbital-free modelling approach // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2019. No. 9 (4). Pp. 402-409.
Заводинский В.Г., Горкуша О.А. Полноэлектронный безорбитальный метод моделирования атомных систем: первый шаг // Computational nanotechnology. 2019. Т. 6. № 3. С. 72-76.
Fuchs M., Scheffler M. Ab initio pseudopotentials for electronic structure calculations of poly-atomic systems using density-functional theory // Comp. Phys. Commun. 1999. No. 119. Pp. 67-98.
Houqian Sun, Yun Ren, Zhaofeng Wu, Ning Xu. Density functional calculation of the growth, electronic and bonding properties of titanium clusters Tin (n = 2-20) // Computational and Theoretical Chemistry. 2015. No. 1062. Pp. 74-83.
Waschi H.P., Stoll H., Preuß H. Ab-initio and PCILO calculations of diamond clusters and the corresponding saturated hydrocarbons // Z. Naturforsch. 1978. No. 83. Pp. 358-365.
Robertson J. Diamond-like amorphous carbon // Materials Science and Engineering R. 2002. No. 37. Pp. 129-281.
Ahlrichs R., Elliott S.D. Clusters of aluminium, a density functional study // Phys. Chem. Chem. Phys. 1999. No. 1. Pp. 13-21.
Kiohara V.O., Carvalho E.F.V., Paschoal C.W.A. et al. DFT and CCSD(T) electronic properties and structures of aluminum clusters: Alnx (n = 1-9, x = 0, ±1) // Chemical Physics Letters. 2013. No. 568-569. Pp. 42-48.
Wei S.H., Zeng Zhi, You J.Q. et al. A density-functional study of small titanium clusters // J. Chem. Phys. 2000. No. 113. Pp. 11127-11133.
Tomanek D.S. Calculation of magic numbers and the stability of small Si clusters // Phys. Rev. Lett. 1986. No. 56 (10). Pp. 1055-1058.
Xiaolei Zhu, Zeng X.C. Structures and stabilities of small silicon clusters: Ab initio molecular-orbital calculations of Si7-Si11 // Journal of Chemical Physics. 2003. Vol. 118. No. 8. Pp. 3558-3570.
Заводинский В.Г., Чибисов А.Н., Гниденко А.А., Алейникова М.А. Tеоретическое исследование упругих свойств малых наночастиц с различными типами межатомных связей // Механика композиционных материалов и конструкций. 2005. Т. 11. № 3. С. 337-346.
Вахрушев А.В., Шушков А.А. Моделирование упругой реакции наночастиц на силовое воздействие // Известия Института математики и информатики. 2006. № 2 (36). С. 125-128.
Gerard C., Pizzagalli L. Mechanical behavior of nanoparticles: Elasticity and plastic deformation mechanisms // Journal Pramana of Indian Academy of Sciences. Physics. 2015. Vol. 84. No. 6. Pp. 1041-1048.
Nysten B., Frétigny Ch., Cuenot S. Elastic modulus of nanomaterials: Resonant contact-AFM measurement and reduced-size effect // Proc. SPIE Conf. Vol. 5766: Testing, Reliability, and Application of Micro- and Nano-Material Systems IIIª (SPIE, Bellingham, 2005). R.E. Geer, N. Meyendorf, G.Y. Baaklini, B. Michel (eds.). Pp. 78-88.
Qiong Wu, Wei-shou Miao, Yi-du Zhang et al. Mechanical properties of nanomaterials: A review // Nanotechnol. Rev. 2020. No. 9. Pp. 259-273.
Луняков Ю.В., Балаган С.А. Модуль упругости кремниевых и германиевых фуллеренов Si60 и Ge60 // Физика твердого тела. 2015. Т. 57. Вып. 6. С. 1058-1063.
Магомедов М.Н. Зависимость упругих свойств от размера и формы нанокристалов алмаза, кремния и германия // Журнал технической физики. 2014. Т. 84. Вып. 11. C. 80-90.
Zavodinsky V.G., Kuyanov I.A., Holavkin M.N. Soft elastic behavior of nanometer silicon particles: Computer simulation // Phys. of Low-Dim. Struct. 1999. No. 9/10. Pp. 49-56.
Ключевые слова:
безорбитальный подход, полноэлектронный потенциал, теория функционала плотности, моделирование, наноматериалы.
Статьи по теме
05.13.18 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ Страницы: 80-85 DOI: 10.33693/2313-223X-2019-6-3-80-85 Выпуск №15633
ПОЛНОЭЛЕКТРОННЫЙ БЕЗОРБИТАЛЬНЫЙ МЕТОД МОДЕЛИРОВАНИЯ АТОМНЫХ СИСТЕМ: ПЕРВЫЙ ШАГ
квантовое моделирование
теория функционала плотности
безорбитальный подход
кинетический функционал
Подробнее
6. ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ Страницы: 107-113 Выпуск №9675
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СДВИГОВОГО РАЗРУШЕНИЯ В ТИТАНЕ КАК НАЧАЛЬНОЙ СТАДИИ ПРОЦЕССА ТРЕНИЯ ОДНОРОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
моделирование
теория функционала плотности
метод псевдопотенциала
сдвиговое разрушение
титан
Подробнее
МОДЕЛИРОВАНИЕ НАНОСИСТЕМ И НАНОЭЛЕКТРОНИКА Страницы: 11-16 Выпуск №3497
НА ПУТИ К МОДЕЛИРОВАНИЮ БОЛЬШИХ НАНОСИСТЕМ НА АТОМНОМ УРОВНЕ
моделирование
функционал плотности
безорбитальный подход
димеры
Подробнее
Разработка функциональных наноматериалов на основе наночастиц и полимерных наноструктур Страницы: 29-36 DOI: 10.33693/2313-223X-2020-7-3-29-36 Выпуск №17377
Исследование энергетики углеродных нанотрубок безорбитальным методом в рамках теории функционала плотности
квантовое моделирование
теория функционала плотности
безорбитальный подход
углеродные нанотрубки
quantum modeling
Подробнее
1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ Страницы: 30-34 Выпуск №6518
НОВЫЙ ШАГ К МОДЕЛИРОВАНИЮ БОЛЬШИХ НАНОСИСТЕМ, СОДЕРЖАЩИХ АТОМЫ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ
теория функционала плотности
безорбитальный подход
атомы разного типа
функционал кинетической энергии
Подробнее
5. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ЭКОНОМИКИ 08.00.13 Страницы: 148-153 Выпуск №18204
Разработка индикативной системы оценки уровня «счастья» с использованием глобальных индексов, включая человеческий капитал
регрессионный анализ
корреляция
моделирование
прогнозирование
ВВП на душу населения
Подробнее
ЭРГОНОМИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ Страницы: 95-100 DOI: 10.336 9 3/2313- 223X - 2019 - 6 - 2- 9 5- 1 Выпуск №15585
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ РАБОЧЕГО МЕСТА ЭКИПАЖА В ПРОЦЕССЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАБИНЫ ПЕРСПЕКТИВНОГО АВИАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА
компоновка кабины экипажа
информационно-управляющее поле
стенд поисковых исследований
аппаратно-программный комплекс
эргономические показатели
Подробнее
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ Страницы: 146-150 Выпуск №11955
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАНАНОРАЗМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ TI, TIN И ZRN
модуль Юнга
модуль сдвига
моделирование
растяжение поверхности
трещины
Подробнее
Нанотехнологии и наноматериалы Страницы: 193-213 DOI: 10.33693/2313-223X-2024-11-1-193-213 Выпуск №95355
Импульсный туннельный эффект: фундаментальные основы и перспективы применения
импульсный туннельный эффект
когерентное излучение
функциональные материалы
сверхпроводимость
наноматериалы
Подробнее
Системный анализ, управление и обработка информации Страницы: 9-18 DOI: 10.33693/2313-223X-2021-8-4-9-18 Выпуск №20323
Анализ перспектив применения технологии интернета вещей в электроэнергетической отрасли
интернет вещей
предсказательное техническое обслуживание
экономическая эффективность
окупаемость
моделирование
Подробнее
