Мерзликін П. В. Функціональні твердотільні наноструктури

Дисертація присвячена визначенню особливостей електронної структури наноматеріалів, що мають функціональні призначення в наноелектроніці: нанорозмірних легованих і нелегованих плівок ZnO та кремнію, нанокластерів кремнію, вбудованих у матрицю SiO2, та ротаксанів. Основним методом дослідження обрано теоретичні розрахунки на основі формалізму функціоналу електронної густини, методу псевдопотенціалу, квантової молекулярної динаміки Кар-Парінелло, що відносяться до класу методів із перших принципів. Визначені найвірогідніші механізми, що приводять до стабілізації полярних поверхонь тонких плівок ZnO товщиною 4–7 A, а саме стабілізація за рахунок неоднорідного стискання шарів або за рахунок адсорбції водню. Установлено, що легування тонкої плівки ZnO товщиною 7 A атомами міді та срібла в концентрації 4 % або 12,5 % приводить до формування нових енергетичних рівнів в області зайнятих станів (валентній зоні та забороненій зоні), тоді як легування вуглецем в концентрації 4 % не викликає появи додаткових станів. Продемонстровано, що система наноплівок ZnО, розташованих на відстані ~5 A одна від одної, виступає як електричне реле, що замикається електронною перемичкою у вакуумному проміжку між плівками при адсорбції полярних молекул газу. Спрогнозовано отримання періодично повторюваних областей зі збільшеним значенням електронної густини (дротів) в кремнієвій плівці товщиною ~5 A при періодичному нанесенні на поверхню плівки плоских органічних молекул з неоднорідним розподілом електронної густини. Теоретично визначено, що вбудований в SiO2 нанокристал кремнію спричиняє появу низькозаселених станів у валентній та забороненій зонах за рахунок виникнення позитивних іонів Si в матриці SiO2. Визначений потенціальний рельєф переходу двопозиційного ротаксану між стабільними положеннями.