Расчет температурной зависимости магнитной восприимчивости субнаноразмерных кластеров диоксида титана

Михайлов, Г.П. (2025) Расчет температурной зависимости магнитной восприимчивости субнаноразмерных кластеров диоксида титана. Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов (17). С. 284-292.

PDF - Опубликованная версия
1MB

Абстракт

Субнаноразмерные кластеры, содержащие парамагнитные ионы титана и кислорода, можно рассматривать как фрагменты поверхности нанокристаллического диоксида титана. Анализ температурной зависимости магнитной восприимчивости кластеров диоксида титана позволяет исследовать проявления поверхностных магнитных состояний и выявлять тип магнитного упорядочения. Методом теории функционала плотности в приближении M06/6- 31G(d, p) выполнен квантово-химический расчет равновесной геометрии кластеров (TiO2)n (n = 2-5, 13 и 15) с полной или преимущественной долей поверхностных атомов. Установлено, что для всех кластеров (TiO2)n основным состоянием является синглетная электронная конфигурация. Для оценки термостабильности структур кластеров (TiO2)n и исследования влияния температуры в интервале 10-900 K с шагом 50 K выполнены расчеты методом ab initio молекулярной динамики с использованием схемы распространения атом-центрированной матрицы плотности (atom-centered density matrix propagation). Длина каждой молекулярнодинамической траектории составляла 1 пс при временном шаге 1 фс. Для каждой температуры проводился расчет тензора магнитной восприимчивости методом координатно-инвариантных атомных орбиталей (gauge including atomic orbitals) в приближении M06/6-31G(d, p). Показано, что температурная зависимость значений изотропной магнитной восприимчивости имеет максимум Tmax. При T > Tmax наблюдается спад температурной зависимости изотропной магнитной восприимчивости кластеров (TiO2)n. Установлено, что основном магнитным состоянием кластеров (TiO2)n является антиферромагнитный синглет. Показана важность анизотропии магнитной восприимчивости для молекулы TiO2 и кластеров (TiO2)n

Абстракт (англ.)

Subnanosized clusters containing paramagnetic titanium and oxygen ions can be considered as fragments of the surface of nanocrystalline titanium dioxide. The analysis of the temperature dependence of the magnetic susceptibility of titanium dioxide clusters makes it possible to study the manifestations of surface magnetic states and identify the type of magnetic ordering. Using the density functional theory method in the M06/6-31G(d, p) approximation, a quantum chemical calculation of the equilibrium geometry of (TiO2)n (n = 2-5, 13, and 15) clusters with a full or predominant proportion of surface atoms was performed. It is established that for all (TiO2)n clusters, the singlet electron configuration is the ground state. To assess the thermal stability of (TiO2)n cluster structures and study the effect of temperature in the range of 10-900 K in 50 K increments, calculations were performed using the ab initio method of molecular dynamics and the atom-centered density matrix propagation scheme. The length of each molecular dynamics trajectory was 1 ps with a time step of 1 fs. For each temperature, the magnetic susceptibility tensor was calculated using the coordinate invariant atomic orbitals (gauge including atomic orbitals) method in the approximation M06/6-31G(d, p). It is shown that the temperature dependence of the values of the isotropic magnetic susceptibility has a maximum at temperature Tmax. At T > Tmax, there is a decrease in the temperature dependence of the magnetic susceptibility of (TiO2)n clusters. It has been established that the main magnetic state of (TiO2)n clusters is an antiferromagnetic singlet. The importance of the anisotropy of magnetic susceptibility for the TiO2 molecule and clusters of (TiO2)n is shown

Тип объекта:	Статья
Сведения об авторах:	Михайлов Геннадий Петрович ‒ д.ф.-м.н., доцент, профессор кафедры материаловедения и физики металлов, ФГБОУ ВО «Уфимский университет науки и технологий»
Ключевые слова:	субнаноразмерный кластер, диоксид титана, теория функционала плотности, ab initio молекулярная динамика, магнитная восприимчивость
Ключевые слова (англ.):	subnanosized cluster, titanium dioxide, density functional theory, ab initio molecular dynamics, magnetic susceptibility
Категории:	5 Математика. Естественные науки 5 Математика. Естественные науки > 54 Химия. Кристаллография. Минералогия
Подразделения:	Университеты > Уфимский университет науки и технологий, Уфа
ID Code:	15614
Deposited On:	02 Июл 2026 05:58
Последнее изменение:	02 Июл 2026 05:58

Repository Staff Only: item control page