Cluster in externen Feldern (DFT)

Si7 formt einen sehr stabilen Pentagon Bipyramide.
Der Atomabstand ist etwa 2.4 Å
Die Fläche gleicher Elektronendichte zeigt, dass nicht alle Paare von Atomen Kovalent miteinander gebunden sind [b4].

Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass Si4, S7 und Si10 Cluster mögliche Kandidaten für neue Materialien sind. Die Frage, ob ein Sin Cluster als Baustein für ein neues Cluster-Material geeignet ist, wurde durch die Berechnung der Bindungsenergien zweier Cluster als Funktion von dessen Abstand, angegangen. Für die DFT- Simulationen wurde das Programm Paket CPMD benutzt.
Entsprechend dieser Berechnungen ist Si7 eines der erfolgsversprechendsten Kandidaten für diesen Zweck.

CPMD Simulation einer Kette aus 5 Si7 Clustern.

Der Effekt eines äußeren elektrischen Feldes auf die Eigenschaften eines solchen magischen Clusters wurden in den Diplomarbeiten von M. Schach (Si4) und M. Beck (Si7) untersucht.
Als Ergebnisse konnte gezeigt werden, dass durch ein äußeres Feld Fusions-Barrieren induziert werden können. Diese könnten in zukünftigen Experimente als strukturgebendes Werkzeug zum bauen entsprechender Materialien genutzt werden.

Querschnitt durch den Al13H Cluster. Der Farbkode gibt den Wert der Elektronenlokalisierungsfunktion an der jeweiligen Stelle wieder.

Ein H Atom hat viele Möglichkeiten sich an einen Al13 Cluster an zu hängen, beispielsweise in Verlängerung eines Al Atoms, zwischen zwei Al Atomen auf der Verlängerung einer Kante, oder auf einer entsprechenden Verlängerung zwischen drei Al Atomen. In der Diplomarbeit von M. Matt wurde untersucht, ob man mithilfe eines äußeren Magnetfeldes zwischen verschiedenen Positionen des H Atomes schalten könnte. Das Ergebnis der Simulationen, die Mithilfe des Programm Paketes Octopus durchgeführt worden sind, zeigten, dass zumindest theoretisch innerhalb der Näherungen der Simulation, ein schalten möglich wäre. Die benötigten Magnetfelder hierfür wären allerdings vergleichbar mit denen, die auf Neutronensternen herrschen, und somit nicht realisierbar.

b) Ältere Publikationen

  1. C. Schieback, F. Bürzle, K. Franzrahe, J. Neder, M. Dreher, P. Henseler, D. Mutter, N. Schwierz, P. Nielaba, in: High Performance Computing in Science and Engineering '08, edited by W.E. Nagel, D. Kröner, M.M. Resch, Springer Verlag, pp. 41 (2009).
  2. M. Grass, D. Fischer, M. Mathes, G. Ganteför, P. Nielaba, Appl. Phys. Lett. 81, 3810 (2002).
  3. M. Dreher et al., Phase Transitions 78, 751 (2005).
  4. F. von Gynz-Rekowski, W. Quester, R. Dietsche, Dong Chan Lim, N. Bertram, T. Fischer, G. Ganteför, M. Schach, P. Nielaba, Y.D. Kim, Eur. Phys. J. D45, 409 (2007).

c) Abgeschlossene Arbeiten

  1. D. Fischer, Doktorarbeit, U. Konstanz (2002).
  2. W. Quester, Doktorarbeit, U. Konstanz (2008).
  3. M. Schach, Diplomarbeit, U. Konstanz (2007).
  4. M. Beck, Diplomarbeit, U. Konstanz (2011).
  5. M. Matt, Diplomarbeit, U. Konstanz (2011).

d) Referenzen

e) Externe Links zu Programmen, Potentialen, etc.

  1. CPMD. Copyright IBM Corp 1990-2001, Copyright MPI für Festköperforschung Stuttgart 1997-2004. (http: //www.cpmd.org/)
  2. Octopus (http://octopus-code.org/wiki/Main_Page/)

f) Buchreferenz

  1. D. Marx and J. Hutter, Ab initio molecular dynamics : basic theory and advanced methods (Cambridge University Press, 2010)