Registration Number
0826U000733, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
26-05-2026
popup.evolution
.
Title
Cluster-Modified Heterostructures with a Nanocluster Subsystem
Author
Diana O. POPRYaHA,
popup.head Volodymyr V. Kovalchuk
popup.head Dmytro O. Diachok
popup.opponent Yurii A. Nitsuk
popup.opponent Ruslana M. Balabai
popup.review Volodymyr M. Soloviov
popup.review Ivan I. Donchev
popup.rada
The State Institution “South Ukrainian National Pedagogical University named after K. D. Ushynsky”
Description
В роботі досліджено випадки, що підтверджують потенційну здатність нанокластерів функціонально модифікувати властивості базового матеріалу. Вивчення, таких випадків дозволяє розробити критерії пошуку таких систем, як принципово нових типів гетеро напівпровідників − кластеризованих гетероструктур.
У дисертації розкрито зміст категорії «кластерно-модифіковані матеріали», зазначені їх сутнісні характеристики. Розроблено теоретичні методи модельного дослідження атомної, електронної та фононної структур нанокластерів, що базуються та методі функціоналу електронної густини, з урахуванням градієнтного розкладу в рамках наближення локальної електронної щільності. Застосовано параметризацію з використанням емпіричних параметрів.
Розроблений підхід мінімізує дослідницькі зусилля у визначенні конкретних фізико-хімічних характеристик з достатньою точністю результатів. Даний підхід уможливлює проведення досліджень динамічних процесів, використовуючи стандартну молекулярно-динамічну процедуру.
Зважаючи на переваги процедури проведення компʼютерного моделювання динаміки атомів у нанокластерах, враховано характер перегібридизації атомних орбіталей у процесі атомних перебудов (зокрема, релаксації). Доведено, що відбувається безперервне «оновлення» потенціалу взаємодії відносно локального енергетичного мінімуму (миттєвого розташування атомів). Отримано результати для структурування квантових рівнів, розподілу електронної густини та інших фізико-хімічних характеристик нанокластерів кремнія в ізольованому стані. Нанокластерна підсистема розглядається у дослідженні як система повʼязаних між собою нанокластерних фрагментів. Доведено, що механізм формування хімічних звʼязків між нанокластерними фрагментами реалізується через молекулярні орбіталі кластерного центру. Доведено, що нанокластерна підсистема: відтворює властивості атомарних нанокластерів, дозволяє вивчити їх ознаки на перетині реальної і модельної системи; передбачає сформованість методологічної бази даних для вирішення практичних задач твердотільної електроніки; виявляє і визначає співвідношення різних механізмів утворення атомарних нанокластерів, як в ізольованому стані так і у матричному оточенні. В межах такого підходу висунуто ідею, згідно з якою кластерний центр являє собою кластерне ядро, а атоми, що класифікуються як зовнішні по відношенню до цього ядра, визначаються як поверхневі атоми кластерного центру.Доведено, що схеми інтегрування рівнянь руху при проведенні молекулярно-динамічних розрахунків відкривають можливості застосування потенціалів взаємодії між атомами і нанокластерами. Завдяки порівнянню реальних і модельних нанокластерних центрів схарактеризовано нові можливості в процесі вирішення конкретних технологічних завдань твердотільної напівпровідникової електроніки, підвищення надійності та стійкості мікроелектронних приладів і апаратури. Запропоновано теоретичні методи вивчення механізмів формування і фізико-хімічних властивостей нанокластерів кремнію. Розглянуто відхилення від планарності для нанокластерних сполук кремнію. Описано відносно високу стабільність пірамідальних кластерних центрів, що пояснюється наявністю електронних ефектів, що є характерною лише для кремнію. Виявлено наступні особливості: істотний вплив ступеня поливалентності міжатомних звʼязків у процесі стабілізації нанокластерів. Зафіксовано, що стабільність структури зростає обернено пропорційно до залежності кількості подвійних зв’язків.
Оптимізація геометрії кластерів дозволила продемонструвати вплив замісників на перерозподіл електронної щільності в різних ізомерних нанокластерах.
Доведено, що поведінка енергії деформації поліедричних структур (ПС) залежить від числа планарних кілець: напруга спадає, коли останніх стає більше. Енергія деформації зменшується для ПС, якщо кількість чотирьох атомних кілець (4-АК) в них зростає. Крім того, в цих ПС деякі кути між звʼязками в n-АК є близькими до «ідеальних» величин - 109,50 (характерна величина для с-Si). Енергія механічної напруги різко зростає при подальшому збільшенні числа атомів в ПС. незважаючи на збільшення числа 4-АК. Причиною такої поведінки є відхилення кутів між звʼязками в циклічних структурах (120,00 для 6-АК; 135,00 для 8-АК ) в n-АК від тетраедричних значень («ідеальних» кутів - 109,50). Найменшою енергією деформації характеризується ПС, що має в перерізі пʼятиатомне кільце. Цей висновок підтверджує можливість синтезу десятиатомної ПС. Представлено методи дослідження гетеропереходу (ГП) рCu2S-nSi, який заслуговує на увагу на шляху вирішення завдань сучасної оптоелектроніки, при розробці фотовентильних елементів (ФЕ). Пропонований технологічний метод отримання гетеропереходу ґрунтується на формуванні текстурованих шарів сірчистої міді мозаїчного типу. Модифікація властивостей рCu2S-nSi-ГП реалізується за допомогою квазіметалевих нанокластерних центрів у вигляді НКП.
Registration Date
2026-03-31
popup.nrat_date
2026-03-31 / 2026-07-02
