ИСТИНА

Свойства наночастиц кремния радикально отличаются от свойств объёмных образцов. Ключевую роль в этом явлении играет структура нанообъекта. Простейшее представление о нём, как о малом фрагменте кристалла, очень далеко от действительности. Атомы, находящиеся на поверхности частицы, имеют меньшее число соседей, а часть их орбиталей не участвует в межатомной связи. Это заставляет наночастицу перестраивать свою структуру так, чтобы число разорванных связей было минимальным. Чтобы исследовать этот эффект, мы провели глобальную первопринципную структурную оптимизацию и исследовали термодинамическую стабильность кластерах кремния Sin и SinHm с n≤14 и m≤24. Для нахождения равновесной структуры использовался эволюционный алгоритм, реализованный в коде USPEX, позволяющий эффективно находить абсолютный минимум на поверхности полной энергии кластера, имеющей очень сложный рельеф. Пассивация кластеров кремния атомами водорода уменьшает число разорванных связей, что приводит к значительному различию в структуре кластеров Sin и SinHm. Этот прием часто используется и в экспериментальных исследованиях квантовых наноточек кремния для снижения их химической активности. Представленная работа детально исследует данный вопрос и указывает оптимальную степень пассивации, приводящую к наивысшей стабильности кластеров кремния. В связи с этим проверяется гипотеза о соответствии структурной флуктуации и структурного ансамбля при зародышеобразовании кристаллов.