Дизайн и исследование свойств низкоразмерных металл-органических каркасных наноматериалов для квантовых приложений

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-73-10015

НазваниеДизайн и исследование свойств низкоразмерных металл-органических каркасных наноматериалов для квантовых приложений

Руководитель Куклин Артем Валентинович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" , Красноярский край

Конкурс №41 - Конкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-604 - Многомасштабное компьютерное моделирование структуры и свойств материалов

Ключевые слова двумерные материалы, компьютерное моделирование, метал-органические каркасные наноструктуры, DFT, топологические состояния, электронные корреляции

Код ГРНТИ31.15.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время в мире ведутся активные поиски и исследования перспективных низкоразмерных материалов с целью удешевления производства и понимания новых физических свойств, а также разработки нового поколения электрических микросхем. Двумерные материалы, такие как графен и дихалькогениды переходных металлов уже довольно хорошо исследованы. Они демонстрируют большой потенциал в области оптоэлектроники, аккумулирования и хранения энергии, а также в качестве каталитических и композиционных материалов. Однако их стоимость по-прежнему высока, а их свойства сильно зависят от присутствия дефектов в структуре, что затрудняет их применение в различных областях. В отличие от традиционных двумерных материалов, металл-органические каркасные материалы (MOFs) состоят из неорганических центров и органических лигандов. Свойства и структура MOFs могут легко варьироваться путем подбора активных центров металла и лигандов. Большинство таких материалов может быть приготовлено с помощью обычных химических процедур с низкой стоимостью и высоким выходом. Поэтому 2D MOFs рассматриваются как один из потенциальных кандидатов на замену обычных 2D материалов. Особый интерес представляют металл-органические каркасы, состоящие из плоских циклических органических молекул позволяющие получать двумерные наноструктуры. В отличие от графена, такие структуры обладают большой вариативностью свойств и могут быть использованы в оптоэлектронике. Недавний успешный синтез 2D MOFs c хорошей электрической проводимостью и топологическими свойствами привел к всплеску исследовательской активности в данной области, поскольку такие материалы создают большие перспективы их использования в наноэлектронике и квантовых приложениях. Несомненно, интересны свойства, возникающие в таких материалах и их зависимости, поскольку они значительно отличаются от традиционных двумерных материалов. Область двумерных металл-органических каркасных материалов только недавно начала изучаться, поэтому ключевое значение имеет понимание зависимостей свойств таких структур от типа активного центра и лигандов, а также дизайн структур с заданными свойствами. Использование первопринципных (DFT, TDDFT, многочастичные подходы GW-BSE) расчетов позволит найти оптимальные структуры с заданными свойствами без проведения дорогостоящих экспериментов. При этом уровень точности таких вычислений будет являться достаточным для моделирования реальных систем, а в ряде случаев иметь крайне близкие значения, например, при оценке электронной структуры и оптических свойств. Проведение компьютерного моделирования позволит определить наиболее перспективные 2D MOFs с точки зрения свойств, оптимизировать их характеристики за счет контроля их атомной и электронной структуры, опередив при этом экспериментальные разработки.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Барышников Г.В., Валиев Р.Р., Куклин А.В., Сундхольм Д., Огрен Х. Cyclo[18]carbon: Insight into Electronic Structure, Aromaticity, and Surface Coupling The Journal of Physical Chemistry Letters, 10, 21, 6701-6705 (год публикации - 2019)
10.1021/acs.jpclett.9b02815

2. Н.Н. Карауш-Кармазин, А.В. Куклин, Г.В. Баришников, Л.В. Бегунович, Х. Огрен, Б.Ф. Минаев Structure, stability and electronic properties of one-dimensional tetrathia- and tetraselena[8]circulene-based materials: a comparative DFT study New Journal of Chemistry, 44, 6872-6882 (год публикации - 2020)
10.1039/D0NJ00676A

3. Мельчакова Ю.А., Куклин А.В., Аврамов П.В. Towards spin quantum materials: Structure and potential energy profiles of weakly interacting arrays of iron porphyrin complexes at graphene armchair nanoribbon Chemical Physics Letters, Volume 755, 137807 (год публикации - 2020)
10.1016/j.cplett.2020.137807

4. Гусев А., Брага Е., Балуда Ю., Кискин М., Крюкова М., Карауш-Кармазин Н., Барышников Г., Куклин А., Минаев Б., Огрен Х., Линерт В. Structure and tuneable luminescence in polymeric zinc compounds based on 3-(3-pyridyl)-5-(4-pyridyl)-1,2,4-triazole Polyhedron, Volume 191, 114768 (год публикации - 2020)
10.1016/j.poly.2020.114768

5. Людмила Бегунович, Артем Куклин, Глеб Барышников, Рашид Р. Валиев, Ханс Огрен Single-layer polymeric tetraoxa[8]circulene modified by s-block metals: toward stable spin qubits and novel superconductors Nanoscale, 13, 4799-4811 (год публикации - 2021)
10.1039/D0NR08554E

6. Наталия Карауш-Кармазина, Глеб Барышников, Артем Куклин, Диана Сайкова, Ханс Огрен, Борис Минаев Impact of molecular and packing structure on the charge-transport properties of hetero[8]circulenes Journal of material chemistry C, 9, 1451-1466 (год публикации - 2020)
10.1039/D0TC03674A

7. Ю. Мельчакова, О.Н. Чайковская, П. Аврамов Towards advanced complex quantum materials for spin-related applications and photo-induced heterogeneous catalysis: The case of (Fen)@g-CN1 (n= 2, 3) and (Mn)@(g-CN1)2 Computational Materials Science, 197, 110610 (год публикации - 2021)
10.1016/j.commatsci.2021.110610

8. Наоя Сумы, Артем Куклин, Хигаси Уэно, Хироси Окада, Томоюки Огава, Кадзухико Кавачи, Ясухико Казама, Масахиро Сасаки, Павел Аврамов, Ханс Огрен, Йоичи Ямада Direct Visualization of Nearly Free Electron States Formed by Superatom Molecular Orbitals in a Li@C60 Monolayer The Journal of Physical Chemistry Letters, 12, 32, 7812–7817 (год публикации - 2021)
10.1021/acs.jpclett.1c02246

9. Людмила Бегунович, Максим Коршунов Band Structure of Organic-Ion-Intercalated (EMIM)xFeSe Superconductor Materials, 15 (5), 1856 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15051856

10. Ю.А.Мельчакова, Т.Г.Тенев, Н.В.Витанов, О.Н.Чайковская, Л.А.Чернозатонский, Б.И.Якобсон, П.В.Аврамов Extreme structure and spontaneous lift of spin degeneracy in doped perforated bilayer graphenes Carbon, Vol.192, p.61-70 (год публикации - 2022)
10.1016/j.carbon.2022.02.041

11. Артем Куклин, Диана Сайкова, Рахул Суреш, Людмила Бегунович, Глеб Барышников, Наталья Карауш-Кармазина, Светлана Сайкова, Ханс Огрен Electronic and optical properties of C16S8 and C16S4Se4 molecules and crystals New Journal of Chemistry (год публикации - 2022)
10.1039/D2NJ02539F

Публикации