Член-корреспондент НАН Беларуси, д.т.н., профессор Л.И. Гурский,

к. ф – м н , Г.В. Грушевская¹

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Белоруссия

¹Белорусский государственный университет, Белоруссия

Моделирование поляризаци периодическихгетеросоединений с инверсией энергетических зон

Как известно [1], процесс инверсии энергетических зон, когда валентная зона для металлических нановключений переходит в зону проводимости диамагнитной матрицы, является характерным для гетеросоединений таких, как углеродные монослои, графитовые композиты с интеракалированными атомами переходных и редкоземельных металлов и др. Это значит, что самосогласованные расчеты электронной структуры необходимо проводить с учетом электронно-дырочных возбуждений атомов гетеросоединений. Однако в проводимых в настоящее время "первопринципных" расчетах псевдопотенциал используют только в пределах атомного кора, дополняя феноменологическим потенциалом, описывающим поляризацию кора [2], [3]. Очевидно, это обусловлено тем, что корректное квантово-полевое описание поляризации атома возможно, если предположить существование квазичастичных возбуждений типа положительно заряженных дырок для сферически симметричного кора. При таком предположении самосогласованным полем будет поле, в котором движется валентный электрон и дырка. Цель данной работы провести расчеты электронной структуры металлосодержащих периодических наноструктур с учетом квазичастичных электронно-дырочных возбуждений в приближении самосогласованного поля.

Было проведено численное моделирование ab initio зонной структуры углеродного монослоя с интеркалированными атомами железа, позволившее сделать вывод о локализации электронной плотности атомов металла в наноразмерной области. На этом основании была предложена двухэлектронная процедура самосогласования. Один из электронов рассматривался как валентный электрон, а второй электрон – как локализованный и движущийся со скоростью много меньшей, чем скорость валентного электрона. Для нахождения терма легкого валентного электрона решалось уравнение для двухчастичной функции Грина в адиабатическом приближении. Переходя в представлении вторичного квантования, в приближении «замороженного» атома находилось уравнение движения положительно заряженной дырки в терме (-), т.е. в найденном электронном терме со знаком минус:

(1)

Можно показано, что оператор является потенциальной энергией дырки в поле (n-1) – электронов, равной потенциальной энергии дырки в поле n – электронов за вычетом самосогласованного потенциала , поскольку процедура самосогласования уничтожает поляризацию, т.е. дырку. Таким образом, уравнение (1) описывает движение положительно заряженной дырки в несамосогласованной в смысле одноэлектронной задачи части многоэлектронного потенциала[4].

Итак, предложен метод двухэлектронных самосогласованных расчетов, позволяющий рассчитать электронную структуру металлосодержащих углеродных и других гетеросоединений с явлением инверсии энергетических зон.

ЛИТЕРАТУРА

[1] R. Dornhaus, G. Nimtz, and B. Schlicht. Narrow -Gap Semiconductors. Springer Tracts in Modern Physics Vol.98. Berlin: “Springer-Verlag”, 1983.

[2] W. Müller, J. Flesch, and W. Meyer. J. Chem. Phys. Vol. 80. P. 3297 (1984).

[3] P. Fuentealba, H. Preuss, H. Stoll, and L.V. Szentpály. Chem.Phys. Lett. Vol. 89. P. 418 (1982).

[4] Грушевская Г.В., Гурский Л.И./Эффекты поляризации многоэлектронного атома в электронно – дырочном формализме// Доклады БГУИР, № 3 (19) 2007г.,С. 5 – 17