Speaker
Description
Лабораторией квантовой химии НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ (http://qchem.pnpi.spb.ru) разработан комбинированный подход на основе потенциала встраивания кластера в кристалл (который мы назвали «настраиваемым под соединение» потенциалом внедрения, НСПВ, или compound-tunable embedding potential, CTEP) [1-3] для исследования различных свойств материалов (периодических структур, структур с примесными центрами, адсорбции атомов и молекул на поверхностях и других) в рамках кластерного моделирования материалов с высокой точностью. В первую очередь это касается расчётов свойств «атомов в соединении» [4], таких как химические сдвиги (ХС) рентгеновских эмиссионных (флуоресцентных) спектров (РЭС) тяжелых атомов в эффективном кристаллическом окружении, тонкого и сверхтонкого расщепления. В случае ионно-ковалентных кристаллов НСПВ может быть представлен в виде линейной комбинации нелокальных (полулокальных) псевдопотенциалов для атомов ближнего окружения и совокупности эффективных зарядов на атомах дальнего окружения без явного включения электронов атомов окружения в расчет. «Основной кластер» рассматривается в рамках обычных приближений (DFT и точные методы типа связанных кластеров), используемых в расчетах молекул.
Использование кластерных расчетов с НСПВ особенно актуально для изучения электронной структуры и физико-химических свойств материалов, содержащих тяжёлые переходные металлы (d-элементы), лантаноиды и актиноиды (f-элементы), для которых требуется учет релятивистских эффектов (включая брейтовские и квантовоэлектро-динамические) и для которых не существует надежных альтернативных методов расчета. К числу таких кристаллов относятся тантало-ниобаты и другие минералы, которые рассматриваются в литературе как перспективные природные «матрицы» для долговременной иммобилизации (захоронения) высокоактивных ядерных отходов, в первую очередь актиноидов. Возможности нового комбинированного подхода продемонстрированы в пилотных расчетах галогенидов иттербия (YbF2,3 и YbCl2,3), ферсмита (CaNb2O6) и ксенотима (YPO4) с примесными атомами урана и тория. Наибольшая эффективность применения комбинированного подхода ожидается в сочетании с современными экспериментальными методами исследования соединений d- и f-элементов, в частности, с использованием источников синхротронного излучения и лазеров на быстрых электронах. Перспективы других применений нового подхода обсуждаются.
1. DA Maltsev, YV Lomachuk, VM Shakhova, NS Mosyagin, LV Skripnikov, AV Titov, Compound-tunable embedding potential method and its application to fersmite crystal, arXiv:1907.06947 (2019)
2. YV Lomachuk, DA Maltsev, NS Mosyagin, LV Skripnikov, RV Bogdanov, AV Titov,
Which oxidation state of uranium and thorium as point defects in xenotime is favorable? arXiv:1911.00365 (2019)
3. V.M. Shakhova, D.A. Maltsev, Yu.V. Lomachuk, N.S. Mosyagin, L.V. Skripnikov, A.V. Titov, Compound-tunable embedding potential method and its application to ytterbium fluoride crystals YbF2 and YbF3, arXiv:1911.04332 (2019)
4. Titov A.V., Lomachuk Y.V., Skripnikov L.V., Concept of effective states of atoms in compounds to describe properties determined by the densities of valence electrons in atomic cores, Physical Review A 90, 052522 (2014).
