محاسبه کوانتومی خواص ساختاری، الکترونی، مغناطیسی و دینامیکی نانوخوشه های con و con-1au (6=>n)

نانوخوشه های کبالت از جمله نانوذرات مغناطیسی هستند که ویژگی های مغناطیسی جالب توجهی دارند. بروز رفتار ابرپارامغناطیسی در اندازه های کوچکتر از ابعاد تک حوزه ی مغناطیسی، منجر به کاربرد این نانوذرات در بیوپزشکی می شود. به علت بالا بودن نسبت سطح به حجم، واکنش پذیری نانوذرات بسیار بالا بوده و به راحتی در معرض هوا اکسید می شوند. تشکیل پوسته ی پادفرومغناطیس اکسید کبالت (coo) بر روی مغزه ی فرومغناطیس کبالت (co) به ظهور پدیده ی بایاس تبادلی می انجامد که هر چند برای کاربردهای ضبط مغناطیسی اطلاعات مناسب است اما منجر به از بین رفتن رفتار ابرپارامغناطیسی می شود. برای جلوگیری از اکسید شدن نانوذرات به منظور کاربردهای بیوپزشکی، معمولاً نانوذرات را با پوسته ای از فلزات معدنی نجیب از قبیل طلا می پوشانند. در این پایان نامه اولین گام برای پوشش نانوذرات کبالت یعنی جذب یک اتم طلا مورد بررسی قرار گرفته شده است. بسته ی محاسباتی مورد استفاده، نرم افزار "شبیه سازی مولکولی ابتدا به ساکن موسسه ی فریتز هابر (fhi-aims)"است که بر اساس نظریه ی تابعی چگالی به توصیف دقیق و کارآمد تمام الکترونی و پتانسیل کامل ویژگی های اتم ها، مولکول ها، نانوذرات و جامدات می پردازد. در این بسته از توابع اتم-مرکز عددی به عنوان توابع پایه استفاده می شود که عامل سرعت و دقت این بسته ی محاسباتی محسوب می شود. در حال حاضر fhi-aims برای هندسه های غیرتناوبی (خوشه گونه) قابلیت اعمال تصحیحات بس ذره ای مانند تصحیح gw را دارد که در این پایان نامه از آن استفاده شده است. ابتدا خواص ساختاری، الکترونی و مغناطیسی بلور کبالت به عنوان مقادیر حدی خواص نظیر در نانوخوشه های کبالت محاسبه شده است. صحت نتایج حاصله، با تکرار محاسبات توسط بسته ی wien2k تأیید شد. با مقایسه ی نتایج بدست آمده از تابعی های تبادلی همبستگی مختلف، تابعی blyp برای توصیف مناسب نانوخوشه های کبالت انتخاب شد و محاسبات با استفاده از آن انجام شد. خواص ساختاری (هندسه پایدار)، الکترونی (انرژی پیوند، انرژی واپاشی، پتانسیل یونش، الکترون خواهی، گاف homo-lumo و غیره)، مغناطیسی و دینامیکی (بسامدهای ارتعاشی و طیف جذبی فروسرخ) نانوخوشه های con و con-1 au (6 n ?) به صورت نسبیتی اسکالر و اسپین-قطبیده ی هم خط محاسبه شد. هندسه های پایدار خوشه های کبالت، عمدتاً سه بعدی بدست آمدند که در آن ها واپیچش یان -تلر عاملی مهم در تعیین هندسه ی پایدار است. جذب یک اتم طلا به خوشه های دو تا چهارتایی کبالت، به دلیل هیبریدشدگی قوی sd در پیوند طلا-کبالت، باعث پایداری ساختارهای یک یا دوبعدی می شود. اتم های کبالت در نانوخوشه های con به طور فرومغناطیسی نظم یافته اند و مغناطش آن ها بیشتر از مغناطش بلور hcp کبالت بدست آمده است. عدد هم آرایی میانگین نسبت به طول پیوند میانگین نقش بیشتری در مغناطش دارد و جذب اتم طلا به دلیل کم کردن تقارن سیستم و در نتیجه کاهش عدد هم آرایی، به کاهش مغناطش نانوخوشه منجر می شود. عدد جادویی نانوخوشه های con، با احتساب پایداری الکترونی، شیمیایی و دینامیکی، برابر با 6 بدست آمد، هرچند خوشه ی چهارتایی نیز تا حدودی پایدار بدست آمد. پایدارترین نانوخوشه ی con-1 au، خوشه ی چهارتایی (4n = ) بدست آمد. اثر تصحیح gw بر پتانسیل یونش و الکترون خواهی بسیار چشمگیر است و نتایج بدست آمده پس از اعمال تصحیح gw به مقادیر نظیر تجربی نزدیک هستند. این تصحیح متعاقباً به بهبود چشمگیری در گاف homo-lumo سیستم نیز منجر می شود.