Расчет потенциала ионизации фталоцианинатов цинка и графена на поверхности диэлектриков
DOI:
https://doi.org/10.21638/11701/spbu10.2022.104Аннотация
Предложена математическая модель расчета потенциалов ионизации молекул на поверхности диэлектриков с целью количественной оценки изменения электронных характеристик материалов на подложке. Полупроводниковые и фотоэлектронные свойства наносистем на базе производных фталоцианина обусловлены электронной структурой молекул. На основе молекулы фталоцианината цинка ZnC32N8H16 построены модельные структуры, которые увеличивают эту молекулу за счет присоединения бензольных колец ZnC48N8H24, ZnC64N8H32, и модель, имитирующая пленочную структуру Zn4C120N32H48. Графен рассматривался как наноструктура, моделирующая фрагмент мономерной пленки. Рассчитаны потенциалы ионизации этих соединений на поверхности оксида магния, хлорида натрия и кремния. В присутствии подложки потенциалы ионизации всех наноструктур понижаются, при этом значения поверхностных потенциалов ионизации остаются принципиально разными для всех соединений. Соединение ZnC64N8H32, напыленное на поверхность, проявляет лучшие фотоэлектронные свойства, его поверхностный потенциал ионизации сравним с потенциалом графена.
Ключевые слова:
фталоцианинат цинка, графен, структура, диэлектрик, поверхность, потенциал ионизации
Скачивания
Библиографические ссылки
Egorov N. V., Vinogradova E. M. Mathematical modeling of triode system on the basis of field emitter with ellipsoid shape // Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2021. Т. 17. Вып. 2. С. 131–136. https://doi.org/10.21638/11701/spbu10.2021.203 2. Симон Ж., Андре Ж. Ж. Молекулярные полупроводники. Фотоэлектрические свойства и солнечные элементы М.: Мир, 1988. 342 с. ( Simon J., Andre J.-J. Molecular semiconductors: photoelectrical properties and solar cells).
Xie D., Pan W., Jiang Y. D., Li Y. R. Erbium bis[phthalocyaninato] complex LB film gas sensor // Materials Letters. 2003. Vol. 57. Iss. 16–17. P. 2395–2398.
Dini D., Hanack M. Physical properties of phthalocyanine-based materials // The porphyrin handbook / eds. by K. M. Kadish, K. M. Smith, R. Guilard. Netherlands: Elsevier Science, 2003. Vol. 17. Ch. 107. P. 1–36.
Dini D., Calvete M. J. F., Hanack M. Nonlinear optical materials for the smart filtering of optical radiation // Chem. Rev. 2016. Vol. 116. Iss. 22. P. 13043–13233.
Mroz P., Tegos G., Gali H. Photodynamic therapy with fullerenes // Photochemical & Photobiological Sciences. 2007. Vol. 6. Iss. 11. P. 1139–1149.
Yourre T. A., Rudaya L. I., Klimova N. V. Polymers, phosphors, and voltaics for radioisotope microbatteries. Boca Raton: CRC Press, 2002. 504 p.
Wohrle D., Schnurpfeil G., Makarov S. G., Kazarin A., Suvorova O. N. Practical applications of phthalocyanines — from dyes and pigments to materials for optical, electronic and photo-electronic devices // Macroheterocycles. 2012. Vol. 5. Iss. 3. P. 191–202.
Кручинин В. Н., Клямер Д. Д., Спесивцев Е. В., Рыхлицкий С. В., Басова Т. В. Оптические свойства тонких пленок фталоцианинов цинка по данным спектральной эллипсометрии // Оптика и спектроскопия. 2018. Т. 125. № 6. C. 825–829.
Vol. 533. P. 2–6.
Семенов С. Г. Квантово-химическая модель молекулы в поляризующей среде // Журн. структ. химии. 2001. Т. 42. № 3. C. 582–586.
Куранов Д. Ю., Бедрина М. Е. Моделирование взаимодействия наноструктур с поверхностью // Нано- и микросистемная техника. 2019. Т. 21. № 2. C. 83–88.
Koch W., Holthausen M. A Chemist's guide to density functional theory. Ed. 2. Weinheim: Wiley-VCH, 2002. 293 p.
Бедрина М. Е., Егоров Н. В., Куранов Д. Ю., Семенов С. Г. Расчет фталоцианинатов цинка на высокопроизводительном вычислительном комплексе // Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2011. Т. 10. Вып. 3. C. 13–21.
Becke A. D. Density-functional thermochemistry. 3. The role of exact exchange // Thin Solid Films. 1993. Vol. 98. Iss. 7. P. 5648–5652.
Васильев А. А., Бедрина М. Е., Андреева Т. А. Зависимость результатов расчета по методу функционала электронной плотности от способа представления волновой функции // Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2018. Т. 14. Вып. 1. C. 51–58. https://doi.org/10.21638/11701/spbu10.2018.106
Андреева Т. А., Бедрина М. Е., Овсянников Д. А. Сравнительный анализ расчетных методов электронной спектроскопии // Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2019. Т. 15. Вып. 4. C. 518–528. https://doi.org/10.21638/11701/spbu10.2019.408
Frisch M. J., Trucks G. W., Schlegel H. B. et al. GAUSSIAN-09. Rev. C.01. Wallingford, CT: Gaussian Inc., 2010.
Novoselov K. S., Geim A. K., Morozov S. V., Jiang D., Zhang Y., Dubonos S. V., Grigorieva I. V., Firsov A. A. Electric field effect in atomically thin carbon films // Science. 2004. Vol. 306. Iss. 5696. P. 666–669.
Novoselov K. S., Geim A. K., Morozov S. V., Jiang D., Katsnelson M. I., Grigorieva I. V., Dubonos S. V., Firsov A. A. Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene // Nature. 2005. Vol. 438. Iss. 7065. P. 197–200.
Вилесов Ф. И., Загрубский А. А., Гарбузов Д. Е. Внешний фотоэффект с поверхности органических полупроводников // Физика твердого тела. 1963. Т. 5. № 7. C. 2000–2006.
References
Egorov N. V., Vinogradova E. M. Mathematical modeling of triode system on the basis of field emitter with ellipsoid shape. Vestnik of Saint Petersburg University. Applied Mathematics. Computer Science. Control Processes, 2021, vol. 17, iss. 2, pp. 131–136. https://doi.org/10.21638/11701/spbu10.2021.203
Simon J., Andre J.-J. Molecular Semiconductors: Photoelectrical Properties and solar cells. Eds. by J. M. Lehn, C. W. Rees. Reprint of the original 1st ed. 1985. Springer Publ., 2011, 306 p. (Rus. ed.: Simon Zh., Andre Zh. Zh. Molekuliarnye poluprovodniki. Fotoelektricheskie svoistva i solnechnye elementy. Moscow, Mir Publ., 1988, 342 p.).
Xie D., Pan W., Jiang Y. D., Li Y. R. Erbium bis[phthalocyaninato] complex LB film gas sensor. Materials Letters, 2003, vol. 57, iss. 16–17, pp. 2395–2398.
Dini D., Hanack M. Physical properties of phthalocyanine-based materials. The porphyrin handbook. Eds. by K. M. Kadish, K. M. Smith, R. Guilard. Netherlands, Elsevier Science Publ., 2003, vol. 17, ch. 107, pp. 1–36.
Dini D., Calvete M. J. F., Hanack M. Nonlinear optical materials for the smart filtering of optical radiation. textit Chem. Rev., 2016, vol. 116, iss. 22, pp. 13043–13233.
Mroz P., Tegos G., Gali H. Photodynamic therapy with fullerenes. Photochemical & Photobiological Sciences, 2007, vol. 6, iss. 11, pp. 1139–1149.
Yourre T. A., Rudaya L. I., Klimova N. V. Polymers, phosphors, and voltaics for radioisotope microbatteries. Boca Raton, CRC Press, 2002, 504 p.
Wohrle D., Schnurpfeil G., Makarov S. G., Kazarin A., Suvorova O. N. Practical applications of phthalocyanines — from dyes and pigments to materials for optical, electronic and photo-electronic devices. Macroheterocycles, 2012, vol. 5, iss. 3, pp. 191–202.
Kruchinin V. N., Klyamer D. D., Spesivcev E. V., Ryhlickij S. V., Basova T. V. Opticheskie svojstva tonkih plenok ftalocianinov cinka po dannym spektralnoj ellipsometrii [Optical properties of thin films of zinc phthalocyanines according to spectral ellipsometry]. Optika i spektroskopiia [Optics and spektroscopy], 2018, vol. 125, iss. 6, pp. 825–829. (In Russian)
Mirabito T., Huet B., Briseno A. L., Snyder D. W. Physical vapor deposition of zinc phthalocyanine nanostructures on oxidized silicon and graphene substrates. Journal of Crystal Growth, 2020, vol. 533, pp. 2–6.
Semenov S. G. Kvantovo-himicheskaya model molekuly v polyarizuyushchej srede [Quantum-chemical model of a molecule in a polarizing medium]. Zhurnal strukturnoj himii [Journal of Structural Chemistry], 2001, vol. 42, iss. 3, pp. 582–586. (In Russian)
Kuranov D. Yu., Bedrina M. E. Modelirovanie vzaimodejstviya nanostruktur s poverhnostyu [Modeling the interaction of nanostructures with a surface]. Nano- i mikrosistemnaya tekhnika [Nano- and microsystems technology], 2019, vol. 21, iss. 2, pp. 83–88. (In Russian)
Koch W., Holthausen M. A chemist's guide to density functional theory. Ed. 2. Weinheim, Wiley-VCH Press, 2002, 293 p.
Bedrina M. E., Egorov N. V., Kuranov D. Yu., Semenov S. G. Raschet ftalocianinatov cinka na vysokoproizvoditelnom vychislitelnom komplekse [Calculation metalphthalocyaninatozinc on the high-efficiency computer complex]. Vestnik of Saint Petersburg University. Series 10. Applied Mathematics. Computer Science. Control Processes, 2011, iss. 3, pp. 13–21. (In Russian)
Becke A. D. Density-functional thermochemistry. 3. The role of exact exchange. Thin Solid Films, 1993, vol. 98, iss. 7, pp. 5648–5652.
Vasiliev A. A., Bedrina M. E., Andreeva T. A. Zavisimost' rezul'tatov rascheta po metodu funktsionala elektronnoi plotnosti ot sposoba predstavleniia volnovoi funktsii [The dependence of calculation results on the density functional theory from the means of presenting the wave function]. Vestnik of Saint Petersburg University. Applied Mathematics. Computer Science. Control Processes, 2018, vol. 14, iss. 1, pp. 51–58. https://doi.org/10.21638/11701/spbu10.2018.106 (In Russian)
Andreeva T. A., Bedrina M. E., Ovsyannikov D. A. Sravnitel'nyi analiz raschetnykh metodov elektronnoi spektroskopii [Comparative analysis of calculation methods in electron spectroscopy]. Vestnik of Saint Petersburg University. Applied Mathematics. Computer Science. Control Processes, 2019, vol. 15, iss. 4, pp. 518–528. https://doi.org/10.21638/11701/spbu10.2019.408 (In Russian)
Frisch M. J., Trucks G. W., Schlegel H. B. et al. GAUSSIAN-09, Rev. C.01. Wallingford, CT, Gaussian Inc. Press, 2010.
Novoselov K. S., Geim A. K., Morozov S. V., Jiang D., Zhang Y., Dubonos S. V., Grigorieva I. V., Firsov A. A. Electric field effect in atomically thin carbon films. Science, 2004, vol. 306, iss. 5696, pp. 666–669.
Novoselov K. S., Geim A. K., Morozov S. V., Jiang D., Katsnelson M. I., Grigorieva I. V., Dubonos S. V., Firsov A. A. Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene. Nature, 2005, vol. 438, iss. 7065, pp. 197–200.
Vilesov F. I., Zagrubskij A. A., Garbuzov D. E. Vneshnij fotoeffekt s poverhnosti organicheskih poluprovodnikov [External photoelectric effect from the surface of organic semiconductors]. Fizika tverdogo tela [Physics of the Solid State], 1963, vol. 5, iss. 7, pp. 2000–2006. (In Russian)
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Статьи журнала «Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления» находятся в открытом доступе и распространяются в соответствии с условиями Лицензионного Договора с Санкт-Петербургским государственным университетом, который бесплатно предоставляет авторам неограниченное распространение и самостоятельное архивирование.
