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 17-13-01466

НазваниеМоделирование устойчивости, структуры и спектров атомов и малых молекул в кристаллах инертных газов

РуководительБучаченко Алексей Анатольевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий», г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

2017 г. - 2019 г.

, продлен на 2020 - 2021. Карточка проекта продления (ссылка)

Конкурс№18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-501 - Квантовая химия, математические методы в химии

Ключевые словаМатричная изоляция; кристаллы инертных газов; сайты захвата; точечные дефекты твердого тела; спектральные и фотофизические свойства; фононная структура; медленные релаксационные процессы; химические реакции в твердых телах; молекулярно-динамическое моделирование; термодинамика; низкие температуры

Код ГРНТИ31.15.03

СтатусУспешно завершен

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на создание, апробацию и применение теоретических моделей, позволяющих количественно описать термодинамическую устойчивость, строение и спектральные свойства атомных, ионных и молекулярных систем, внедренных в кристаллические матрицы инертных газов. Исследования в рамках проекта связаны с хорошо известным методом матричной изоляции, позволяющем получать информацию о нестабильных в газовой фазе молекулярных системах. Существенно новой идеей, заложенной в проект, является совмещение атомного и термодинамического моделирования, которое позволит решать две ранее не исследованные в теории задачи: определение устойчивых сайтов захвата атомов, ионов, молекул в низкотемпературных инертных матрицах и рассмотрение медленных кинетических процессов, связанных с перестройкой окружения захваченных систем. Современные экспериментальные исследования высокого уровня четко указывают на наличие хорошо воспроизводимых множественных сайтов захвата атомов и малых молекул, медленных процессов трансформации сайтов под действием излучения или нагревания, химических процессов, сопряженных с релаксацией матрицы. Существующие методы моделирования, рассматривающие матричное окружение как возмущение или ориентированные на исследование быстрых высокоэнергетических процессов, не затрагивающих медленную динамику матрицы, в равновесном термодинамическом пределе не работают. Предлагаемые в проекте методы, совмещающие атомное моделирование и статистические термодинамические подходы, позволят исследовать матрично-изолированные системы в близким к равновесным условиях и использовать кинетические представления для описания их превращений. Основу проекта составляет оригинальная модель, исходящая из представлений о матрице как об идеальном кристалле. В идеальной решетке выделяются две области, внутренняя, в которой атомы инертного кристалла считаются подвижными, и внешняя, в которой атомы сохраняют фиксированное положение в идеальной решетке. Все манипуляции – внедрение гостя в полости решетки или замещение им определенного числа атомов хозяина – проводятся в центре внутренней области. Минимизация энергии по всем геометрическим переменным при сохранении поля, создаваемого неподвижными атомами хозяина, дает совокупности оптимальных структур, параметризованные числом удаленных из исходного кристалла атомов. Коррекция энергий полученных структур на энергию атомизации идеального кристалла привязывает их к общему нулю отсчета и позволяет установить относительную энергетическую стабильность структур с разным числом атомов. Первой задачей проекта является дальнейшее развитие этой модели в сторону расчета термодинамических свойств оптимальных структур, в конечном итоге – нахождения их свободных энергий, учитывающих квантовые эффекты на уровне статистического расчета либо на уровне прямой оптимизации. Применение термодинамических концепций для анализа систем переменного состава позволит количественно оценивать устойчивость различных сайтов захвата. Второй задачей является развитие, на этой основе, средств кинетического моделирования, а именно, построения путей структурных, конформационных и химических превращений, сопровождающихся перестройкой матричного окружения. Такие средства впервые позволят оценивать кинетическую стабильность сайтов захвата и моделировать кинетику медленных процессов в низкотемпературных инертных матрицах. Проект предусматривает их развитие от простого к сложному – от атомных систем к малым молекулам и простым радикалам. Другим направлением проекта является развитие методов прецизионного моделирования спектров матрично-изолированных систем. Информация о структуре устойчивых сайтов захвата открывает уникальную возможность расчета спектральных и фотофизических характеристик матрично-изолированных систем из первых принципов. Методики таких расчетов будут предложены и апробированы в спектроскопии захваченных атомов – поглощения, флуоресценции и люминесценции, с учетом влияния окружения на вероятности переходов и расщепления тонкой структуры. С помощью методов термодинамического интегрирования и характеристических функций будут учтены эффекты симметрии кристаллического поля и фононной структуры и предложены средства количественного моделирования форм спектральных полос и времен жизни возбужденных состояний. Для молекулярных матрично-изолированных систем будут развиты и апробированы методики, позволяющие учесть эффекты матричного окружения на характеристики спектров поглощения, эмиссии, комбинационного рассеяния, электронного парамагнитного резонанса. При проведении этих исследований для построения многомерных поверхностей потенциальной энергии, поверхностей матричных элементов моментов переходов и спин-орбитального взаимодействия будут использованы высокоуровневые неэмпирические методы и аналитические варианты метода двухатомных фрагментов в молекуле, идеальные с точки зрения практического применения и корректного учета симметрийных факторов. Внимание будет уделено применимости приближения парных взаимодействий и разработке многочастичных поправок для более точного описания структур сайтов захвата. Для решения ядерной задачи будут применяться классические методы (молекулярная механика, молекулярная динамика), с учетом квантовых эффектов на уровне оценки термодинамических свойств. Методические разработки будут вестись на примерах систем и объектов, либо изученных экспериментально, либо планируемых к такому изучению двумя зарубежными экспериментальными группами, заинтересованными в теоретических результатах. Эти исследования носят фундаментальный характер, хотя и связаны с практическими перспективами использования матрично-изолированных атомных ансамблей в том же контексте, что и ультрахолодные атомные ансамбли. Тем не менее, развиваемые методы имеют хорошие возможности применения в прикладных исследованиях, в первую очередь, моделирования дефектных структур твердого тела, кинетики ионного транспорта и фотоники.

Ожидаемые результаты
Ожидаемые в результате выполнения проекта результаты делятся на три категории. I. Модели, методы и протоколы моделирования атомных и молекулярных систем в низкотемпературных инертных кристаллических матрицах, рекомендации по их применению. 1. Методы поиска и определения термодинамических свойств и стабильности сайтов захвата в инертных матрицах включают алгоритмы поиска оптимальных по потенциальной энергии структур и иерархию приближений для оценки энтропийных вкладов в их свободную энергию, с перспективой оптимизации свободной энергии для определения структур. В этой иерархии будут представлены статистические методы, учитывающие квантовые эффекты колебательной динамики и молекулярно-динамические подходы, моделирующие квантовые эффекты с использованием эффективных термических распределений. С использованием этих методов будет впервые последовательно решена задача об атомных структурах системы внедрения, соответствующих устойчивым сайтам захвата. 2. Методы поиска путей протекания медленных процессов, сопряженных с релаксацией и перестройкой матрицы, включая индуцированные нагреванием или облучением преобразования различных сайтов, конформационные и химические превращения внедренного гостя. Будут созданы подходы, позволяющие оценивать энергетические барьеры и эффективные скорости таких процессов. Результирующий арсенал методов моделирования станет важным вкладом в решение глобальной научной задачи о кинетике превращений в дефектных или химически деградируемых твердых телах без жестких ограничений на атомный (фазовый) состав рассматриваемой системы. II. Методы моделирования спектральных характеристик матрично-изолированных систем. 1. Аналитические методы построения парных и многочастичных поверхностей потенциальной энергии, матричных элементов моментов перехода и спин-орбитального взаимодействия, основанных на использовании моделей двухатомных фрагментов в молекуле и прецизионных неэмпирических расчетов на уровне методов связанных кластеров и конфигурационного взаимодействия. 2. Методы прецизионного моделирования электронно-колебательных спектров матрично-изолированных систем с учетом влияния окружения на вероятности перехода, симметрийных эффектов окружения и его колебательной динамики, проявляющейся в фононном уширении спектральных полос. В зависимости от типа спектра, будут исследованы методы усреднения вертикальных переходов, как прямым суммированием по оптимальным конфигурациям и фононным уровням, так и с помощью молекулярно-динамического интегрирования. В рамках метода характеристических функций будут также рассмотрены эффекты франк-кондоновского перекрывания. На этой основе будут получены фундаментальные заключения о зависимости характера спектральной полосы от симметрии внедренной системы и ее окружения, природы инертной матрицы и температуры. Развитые методы позволят напрямую проверить простые и широко используемые оценки континуальных моделей, описывающих сдвиги спектральных линий, времена жизни возбужденных состояний, коэффициенты ветвления радиационного распада. Эти результаты будут востребованы в более широком контексте моделирования инфракрасных и оптических свойств дефектных или наноструктурированных материалов. 3. Иерархия методов оценки магнитных параметров внедренных систем и моделирования спектров электронного парамагнитного резонанса по порядку «возмущения» захваченного радикала матричным окружением. Развиваемые методы позволят уточнить теоретически доступную информацию о магнитных параметрах спин-несущих систем и параметрах спиновой связи, востребованную в задачах спинтроники и молекулярных магнетиков. Все методические разработки будут реализованы в едином пакете программ, находящемся в стадии разработки. III. Результаты для конкретных атомных и молекулярных систем. В ходе выполнения проекта будет исследован ряд систем и объектов, представляющих интерес как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения. Наиболее очевидной на начальном этапе проекта представляется связь с задачами квантовой информатики, аналогичными реализуемым в ультрахолодных атомных ансамблях и единичных ионах в ловушках. В частности, будет получена новая информация о димере Yb, системе, для которой достигнуто рекордная точность спектральных измерений. Планируется рассмотрение запрещенных оптических переходов в атомах, для устойчивых сайтов которых возможна проявление узких линий для реализации логических схем. Перспективными станут результаты по спектроскопии матрично-изолированных ионов, которые можно сопоставить со прецизионной спектроскопией единичных ионов в ловушках. На последующих этапах выполнения проекта больший вес приобретут исследования молекулярных систем, димеров, кластеров, слабосвязанных комплексов и органических радикалов, выбор которых в существенной степени будет продиктован практическими интересами в области химической динамики и молекулярного магнетизма. Благодаря новой постановке задачи, впервые последовательно совмещающей атомное моделирование и термодинамический анализ матрично-изолированных систем и, шире, точечных дефектов твердого тела, планируемые методические и практические результаты будут существенно новыми. По результатам выполнения проекта планируется публикация 10 научных статей в международных журналах уровня Journal of Physical Chemistry A, Journal of Chemical Physics, Physical Review A, Chemical Physics Letters.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Основное внимание на первом этапе выполнения проекта уделялось разработкам моделей для описания структуры, устойчивости и спектральных свойств матрично-изолированных атомов и двухатомных молекул, включая развитие соответствующего комплекса программ. В качестве промежуточных завершенных результатов следует выделить следующее. 1. Оценки колебательных вкладов в свободную энергию устойчивых сайтов захвата атомов и молекул в кристаллах инертных газов получены в приближениях Эйнштейна, Дебая и на основе точного решения задачи о малых колебаниях. Для чистых идеальных кристаллов энергия нулевых колебаний является доминирующим вкладом и разумно воспроизводится уже в модели Эйнштейна, а модель Дебая дает лишь небольшое уточнение. Учет этого вклада критичен для случая неона, где именно он определяет правильный порядок устойчивости кубической гранецентрированной и гексагональной плотноупакованной решеток. При типичных для эксперимента температурах (4-20 К) тепловой вклад в свободную энергию невелик, однако его оценка сильно зависит от выбранной модели. Аналогичные подходы развиты и применены для оценок свободной энергии сайтов захвата атомов. Колебательные вклады не приводят к нарушению устойчивости сайтов, определенной по внутренней энергии, но могут изменять их относительные энергии. 2. Потенциалы взаимодействия основных состояний комплексов Eu-RG, Yb-RG, Ba-RG, RG=Ar, Kr, Xe или RG=He-Xe для Yb и Ba, рассчитаны с высокой степенью точности. Использован неэмпирический метод связанных кластеров в варианте CCSD(T) с валентно-остовной корреляцией, расширенными базисными наборами, связевыми функциями и/или экстраполяцией к пределу бесконечного базиса, учетом ошибки суперпозиции. Проведено моделирование устойчивых сайтов захвата этих атомов в матрицах Ar, Kr и Xe. Во всех случаях обнаружены три высокосимметричных сайта со структурами SS, TV и HV – одноатомномного замещения, тетраэдрической и октаэдрической вакансий c удалением одного, четырех и шести атомов матрицы, соответственно. Оценены энергии захвата атома из газовой фазы и относительные энергии различных сайтов. Последняя определяется в первую очередь геометрическими факторами: значением параметра решетки и эффективным «размером» атома (равновесным расстоянием в его комплексе с RG). Чем больше первое и меньше второй, тем предпочтительнее порядок устойчивости SS < TV < HV. Для систем Yb@RG (RG=Ar, Kr, Xe) проведены расчеты полос поглощения синглетного S-P перехода, позволившие интерпретировать экспериментальные данные партнеров из Национальной лаборатории физических наук на микромасштабах в университете науки и технологий Китая (Хэфэй), а именно, перекрывание полос поглощения атомов в двух разных сайтах и маскировку ян-теллеровского расщепления. По предварительным данным, для матрицы Ne характерны принципиально иные структурные типы сайтов захвата атомов. 3. Достигнутая группой проф. Такахаши в университете Киото беспрецедентная суб-килогерцовая точность измерения положений молекулярных уровней в изотоп-селективной спектроскопии фотоассоциации Yb в конденсатах Бозе-Эйнштейна использована для оценки точности неэмпирического потенциала основного состояния димера Yb (A. A. Buchachenko, G. Chalasinski, and M. M. Szczesniak, Eur. Phys. J. D 45, 147 (2007)). При допущениях об «абсолютной точности» его формы и использованных аппроксимаций неадиабатических поправок, погрешность исходного потенциала не превышает 2%. Результаты представлены в отчетной статье по проекту.

Публикации

1. Борковский М., Бучаченко А.А., Курило Р., Джульен П.С., Ямада Х., Кикучи Е., Такахаши К., Такасу Е., Такахаши Е. Beyond-Born-Oppenheimer effects in sub-kHz precision photoassociation spectroscopy of ytterbium atoms Physical Review A, v. 96, article number 063405 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1103/PhysRevA.96.063405

2. Клещина Н.Н., Безруков Д.С., Щербинин А.В., Бучаченко А.А. Моделирование формы линии спектра поглощения системы матричной изоляции Na@Ar Cборник тезисов докладов "Всероссийской конференции по квантовой и математической химии", стр. 90 (год публикации - 2017)

3. Озеров Г.К., Безруков Д.С., Бучаченко А.А. Моделирование стабильных сайтов захвата димеров металлов в матрице аргона Cборник тезисов докладов "Всероссийской конференции по квантовой и математической химии", стр. 76 (год публикации - 2017)

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
1. С использованием глобальных стратегий компьютерного предсказания кристаллических структур исследована леннард-джонсовская модель захвата атома в S состоянии в гранецентрированной решетке аргона. В пространстве параметров взаимодействия захваченного атома с атомом кристалла построены карты распространения устойчивых сайтов захвата, характеризуемых числом вытесняемых атомов. С использованием симметрийных и геометрических дескрипторов, а также общего алгоритма иерархической агломеративной кластеризации с полной связью, основанного на геометрических и лексикографических метриках, выявлены пять основных типов захвата. А именно, внедрение в тетраэдрическую и октаэдрическую полости решетки, замещение, внедрение в тетра- и октаэдрическую вакансии с вытеснением четырех и шести атомов решетки, соответственно. Все они обладают высокой полиэдрической симметрией окружения внедренного атома Td или Oh. Те же типы рассматривались ранее как интуитивно наиболее выгодные для идеальной невозмущенной решетки. Обнаружено также спорадическое появление устойчивого сайта S7 с вытеснением из решетки семи атомов и аксиальной симметрией C3v. Развитая модель является универсальной для любого взаимодействия Леннарда-Джонса, однако ее распространение на кристаллы неона, криптона и ксенона требует более тщательного исследования пространства параметров. Для захвата димеров атомов в S состояниях исследованы сходные модели, содержащие допущения о степени влияния процессов релаксации решетки. Выявлены доминирующие типы сайтов захвата и их связь с сайтами захвата отдельных атомов. Получен положительный опыт применения глобальных подходов, в первую очередь алгоритма кластеризации, к системам с точечными или малыми локальными дефектами. 2. Высокоуровневыми методами неэмпирической квантовой химии рассчитаны потенциалы взаимодействия атома и катиона Ba с инертными газами. С использованием метода двухатомных фрагментов в молекуле построены многомерные поверхности потенциальной энергии для атома Ba в матрицах аргона, криптона и ксенона. Моделирование устойчивых сайтов захвата выявило наличие сайта S7, а полос поглощения при матричной изоляции – соответствующий эксперименту сигнал в форме синглета и слабо расщепленного по Яну-Теллеру дублета. Это первый случай наблюдения аксиально-симметричного сайта захвата атома в гранецентрированной решетке. В целом предварительные результаты исследования матрично-изолированного атома Ba указывают на высокую точность развитых в проекте моделей и методов и возможность их развития для описания эмиссии и безызлучательной релаксации. На примерах этой системы и матрично-изолированного атома кислорода изучена роль анизотропии межатомного взаимодействия в определении структуры устойчивых сайтов захвата. Установлено, что для захвата атомов в P состояниях характерны сайты аксиальной симметрии. Некоторые из них не типичны для S состояний, а в типичных высокосимметричных сайтах происходят искажения локальной симметрии. 3. Развиты методы поиска путей медленных динамических процессов в матрицах – миграции вакансий, атомов, переходов атомов из одного устойчивого сайта в другой. Получены согласующиеся с экспериментом первичные оценки энергий активации подвижности атома кислорода в Kr и Xe. 4. В сотрудничестве с международным коллективом исследователей рассмотрено применение адиабатической модели взаимодействия атомов Yb с масс-зависимыми поправками для оценки верхнего предела неньютоновских гравитационных взаимодействий.

Публикации

1. Безруков Д.С., Клещина Н.Н., Калинина И.С., Бучаченко А.А. ЭМПИРИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПОТЕНЦИАЛОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СПЕКТРОВ МАТРИЧНО-ИЗОЛИРОВАННЫХ СИСТЕМ Журнал физической химии, - (год публикации - 2019)

2. Безруков Д.С., Руцкой Б.В. ПРЕЦИЗИОННОЕ НЕЭМПИРИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТРОЕНИЯ И ЭНЕРГИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ДИМЕРАХ ПЕРГАЛОГЕНМЕТАНОВ Журнал физической химии, - (год публикации - 2019)

3. Бучаченко А.А., Виланд Л.А. Interaction potentials and transport properties of Ba, Ba+, and Ba2+ in rare gases from He to Xe The Journal of Chemical Physics, v.148, No.15, article No.154304 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1063/1.5025861

4. Озеров Г.К., Безруков Д.С., Бучаченко А.А. Computational study of the stable atomic trapping sites in Ar lattice Low Temperature Physics (Физика низких температур), - (год публикации - 2019)

5. Безруков Д.С. Theoretical approach of determining structures and spectral data for trapping sites in matrix-isolation experiments Book of Abstracts of 16-th V.A. Fock Meeting on Quantum, Theoretical and Computational Chemistry, p. 32 (год публикации - 2018)

6. Бучаченко А.А., Безруков Д.С., Озеров Г.К. Computational Study of the Stable Atomic Trapping Sites in Ar Lattice Abstract book of 12th International Conference on Cryocrystals and Quantum Crystals, T4.12 (год публикации - 2018)

7. Каморзин Б.Б. Особенности моделирования заряженных атомов в экспериментах матричной изоляции Сборник тезисов докладов VI научной молодежной школы-конференции «Химия, физика, биология: пути интеграции», с. 34-35 (год публикации - 2018)

8. Клещина Н.Н., Щербинин А.В., Безруков Д.С., Бучаченко А.А. ВЛИЯНИЕ ОКРУЖЕНИЯ НА ФОРМУ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОННОГО ПЕРЕХОДА S->P ДЛЯ ЩЕЛОЧНЫХ И ЩЕЛОЧНО-ЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ VIII КОНФЕРЕНЦИИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ПО ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ, с. 48-49 (год публикации - 2018)

9. Озеров Г.К., Безруков Д.С., Бучаченко А.А. Стабильные сайты связывания атомов в кристаллах инертного газа Тезисы докладов зимней сессии школы-конференции "Атомистическое моделирование функциональных материалов ASFM2018", с. 29 (год публикации - 2018)

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
К наиболее значимым достижениям отчетного года относятся результаты изучения подвижности атомов водорода и кислорода в матрицах инертных газов. Хорошо известно, что термическая активация подвижности легких атомов в матрице характеризуется определенными температурными порогами, число которых косвенно свидетельствует о типах устойчивых сайтов захвата. Интуитивно понятно, что атомы в сайтах внедрения должны быть достаточно подвижны, а активация сайтов замещения требует заметных энергетических затрат. Однако сколько-нибудь детальные механизмы и модели, способные воспроизвести экспериментально измеряемые кинетические параметры, в литературе отсутствуют. В рамках проекта удалось описать процессы термической миграции атомов О и H с достаточной степенью достоверности. В согласии с качественными представлениями, было показано, что атом кислорода в гранецентрированной кубической решетке инертного газа либо занимает положение внедрения в октаэдрическую полость, либо замещает атом решетки. С ростом объема элементарной ячейки от Ar к Xe доля сайтов внедрения увеличивается. Атом кислорода в P-состоянии обладает орбитальным моментом и взаимодействует с атомами решетки анизотропно (что в нерелятивистском случае может быть выражено как зависимость потенциальной энергии от направления выделенной дважды занятой p-орбитали). Анизотропия взаимодействия приводит к искажениям геометрии сайта внедрения. Эффект спин-орбитального взаимодействия невелик. Важно, однако, что в асимметричных конфигурациях полный электронный момент атома не является хорошим квантовым числом и, следовательно, не влияет на число порогов термической активации. Таким образом, качественной задачей является объяснение трех порогов активации двух сайтов захвата, наблюдаемых в матрице Xe. Детальный анализ путей передвижения атома на многомерных поверхностях потенциальной энергии выявил наличие трех общих механизмов подвижности, которые могут реализоваться при криогенных температурах. Самый низкий барьер ожидаемо имеет миграция атома по сайтам внедрения, самый высокий - миграция по сайтам замещения. Энергия активации третьего механизма имеет промежуточное значение. Этот механизм связан с миграцией точечных вакансий, которые способствуют высвобождению атомов из сайтов замещения. Согласно нашей интерпретации, в твердом Ar активируются только незначительная доля атомов в сайтах внедрения, в Kr к ним добавляются сайты замещения, высвобождаемые за счет транспорта вакансий, а в Xe возможен и прямой переход атома в соседний сайт замещения. Рассчитанные оценки барьеров менее чем в два раза превышают измеренные, что является хорошей точностью для величин порядка 1-3 ккал/моль. Полученные результаты открывают возможность детального моделирования кинетики твердофазной миграции примесных атомов. Исследование атомарного водорода дает близкую картину, с той только разницей, что вероятность образования сайтов внедрения существенно выше и что эффект анизотропии взаимодействия отсутствует. Моделирование выявило те же механизмы термической активации подвижности, что и для атома кислорода, хотя экспериментально наблюдается в основном один, связанный с сайтами внедрения. Достигнуто очень хорошее согласие рассчитанных и измеренных величин энергии активации, а идентификация сайтов захвата подтверждена соответствующими оценками сдвигов тензора сверхтонкого взаимодействия, наблюдаемых в спектрах электронного парамагнитного резонанса. Однако наиболее интересно сравнение результатов, полученных для H и O. Экспериментально известно, что вопреки представлениям твердофазной диффузии активация подвижности «маленького» водорода требует больших энергетических затрат, чем «большого» кислорода. Моделирование показывает, что наряду с эффективным размером атома (мерой его отталкивательного взаимодействия с атомами окружения) существенную роль играют и силы притяжения, до некоторой степени компенсирующие энергию деформации решетки. В случае атома кислорода важной дополнительной степенью свободы для минимизации энергетических затрат является анизотропия взаимодействия с окружением.

Публикации

1. Безруков Д.С., Клещина Н.Н., Калинина И.С., Бучаченко А.А. Ab initio interaction potentials of the Ba, Ba+ complexes with Ar, Kr, and Xe in the lowest excited states Journal of Chemical Physics, v. 150, article number 064314 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1063/1.5071457

2. Безруков Д.С., Клещина Н.Н., Калинина И.С., Бучаченко А.А. Empirically Modified Potentials of Interaction between Rare Gases for Matrix Isolation Problems Russian Journal of Physical Chemistry A, V. 93 № 8, pp. 1505-1512 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1134/S003602441908003X

3. Безруков Д.С., Руцкой Б.В. Ab Initio Description of the Structure and Interaction Energy of Perhalomethane Dimers Russian Journal of Physical Chemistry A, Vol. 93, No. 8, pp. 1519–1524 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1134/S0036024419080259

4. Борковский М., Бучаченко А.А., Курило Р., Джульен П.С., Ямада Х., Кикучи Е., Такасу Е., Такахаши Е. Weakly bound molecules as sensors of new gravitylike forces Scientific Reports, v.9, article no. 14807 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1038/s41598-019-51346-y

5. Визентин Дж., Бучаченко А.А. Polarizabilities, dispersion coefficients, and retardation functions at the complete basis set CCSD limit: From Be to Ba plus Yb The Journal of Chemical Physics, v.151, article no. 214302 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1063/1.5129583

6. Клещина Н.Н., Калинина И.С., Ламбо Р., Бучаченко А.А., Безруков Д.С., Ху С.-М. Triplet emission of atomic ytterbium isolated in a xenon matrix Low Temperature Physics, - (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1063/1.5111293

7. Клещина Н.Н., Калинина И.С., Лейбин И.В., Безруков Д.С., Бучаченко А.А. Stable axially symmetric atomic impurity in an fcc solid-Ba in rare gases The Journal of Chemical Physics, v. 151, article number 121104 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1063/1.5118876

8. Озеров Г.К., Безруков Д.С., Бучаченко А.А. Accommodation of a dimer in an Ar-like lattice: exploring the generic structural motifs Physical Chemistry Chemical Physics, v. 21, pp.16549-16563 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1039/c9cp02119a

9. Тараканова А.С., Бучаченко А.А., Безруков Д.С. Сайты захвата атома Li в кристаллах инертных газов Ar, Kr и Xe: анализ устойчивости и проявлений в спектрах ЭПР Физика низких температур (Low Temperature Physics, - (год публикации - 2019)

10. Безруков Д.С. Determinination structures and spectral data (IR, ESR, Raman) for trapping individual atoms in matrix-isolation experiments by molecular modeling MQM 2019 Book of Abstracts, c. 106 (год публикации - 2019)

11. Безруков Д.С., Бучаченко А.А. Theoretical view on atomic mobility in rare gas matrices ISTCP-X BOOK OF ABSTRACTS, c. 336 (год публикации - 2019)

12. Измоденов Д.В., Безруков Д.С., Бучаченко А.А. Расчет спектров ЭПР атома водорода в матрицах инертных газов IX конференция молодых ученых по общей и неорганической химии. Тезисы докладов., с. 157-158 (год публикации - 2019)

13. Измоденов Д.В., Калинина И.С. Атом водорода в матрицах аргона, криптона и ксенона Материалы XXVI Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных “Ломоносов-2019”, с. 797 (год публикации - 2019)

14. Каморзин Б.Б. Предсказание структурных и спектральных характеристик матрично-изолированного катиона бария Материалы XXVI Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2019», секция "Химия", c.887 (год публикации - 2019)

15. Каморзин Б.Б., Безруков Д.С., Бучаченко А.А. Моделирование электронного спектра системы Ba+@Xe для определения природы нейтрино Сборник тезисов докладов VII научной молодежной школы-конференции «Химия, физика, биология: пути интеграции», с. 33 (год публикации - 2019)

16. Каморзин Б.Б., Безруков Д.С., Бучаченко А.А. Структурные особенности встраивания катиона бария (Ba+) в кристаллическую решетку ксенона IX КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ПО ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ. ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ, с. 66-67 (год публикации - 2019)

17. Клещина Н.Н., Лейбин И.В., Безруков Д.С., Бучаченко А.А. Строение нового сайта захвата, обнаруженного у систем Ba@Rg (Rg = Ar, Kr, Xe). IX КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ПО ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ. ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ, с.70-71 (год публикации - 2019)

18. Лейбин И.В., Калинина И.С., Безруков Д.С., Бучаченко А.А. Интерпретация 2D-EE спектров матрично-изолированного атома бария Сборник тезисов докладов VII научной молодежной школы-конференции «Химия, физика, биология: пути интеграции», стр. 46 (год публикации - 2019)

19. Лейбин И.В., Клещина Н.Н. Теоретическое доказательство существования нетривиального сайта захвата матрично-изолированного атома Ba Материалы XXVI Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2019», секция "Химия", с.810 (год публикации - 2019)

Возможность практического использования результатов
не указано