I. Cấu trúc cluster Ge pha tạp Cr
Nghiên cứu tập trung vào cấu trúc cluster Ge pha tạp hai nguyên tử Cr ở trạng thái trung hòa và ion. Các cluster được khảo sát bao gồm GenCr20/+ với n từ 3 đến 10. Phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT) được sử dụng để tối ưu hóa cấu trúc và tính tần số dao động. Kết quả cho thấy sự hình thành các đồng phân bền nhất của mỗi cluster, với cấu trúc thay đổi theo số nguyên tử Ge. Cr-doped Ge cluster có xu hướng tạo cấu trúc lồng khi kích thước cluster tăng.
1.1. Cấu trúc hình học
Cấu trúc hình học của cluster Ge pha tạp Cr được xác định thông qua phương pháp B3P86/6-311+G(d). Các đồng phân bền nhất của GenCr20/+ được tìm thấy có cấu trúc đa dạng, từ dạng hở đến dạng lồng. Sự thay đổi cấu trúc phụ thuộc vào số nguyên tử Ge và trạng thái điện tích của cluster. Cr-doped Ge cluster ở trạng thái ion dương có cấu trúc khác biệt so với trạng thái trung hòa.
1.2. Quy luật hình thành
Nghiên cứu chỉ ra quy luật hình thành cấu trúc của cluster Ge pha tạp Cr. Khi số nguyên tử Ge tăng, cluster có xu hướng chuyển từ cấu trúc hở sang cấu trúc lồng. Sự pha tạp hai nguyên tử Cr ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc và độ bền của cluster. Cr-doped Ge cluster ở trạng thái ion dương có độ bền cao hơn so với trạng thái trung hòa.
II. Tính chất cluster Ge pha tạp Cr
Nghiên cứu khảo sát các tính chất vật lý và tính chất hóa học của cluster Ge pha tạp Cr. Các tính chất được phân tích bao gồm năng lượng liên kết trung bình, năng lượng phân li, biến thiên năng lượng bậc hai, và năng lượng vùng cấm HOMO-LUMO. Kết quả cho thấy Cr-doped Ge cluster có tính chất điện tử và từ tính đặc biệt, phù hợp cho các ứng dụng trong vật liệu nano và xúc tác.
2.1. Tính chất điện tử
Phân tích tính chất điện tử của cluster Ge pha tạp Cr cho thấy sự thay đổi đáng kể trong năng lượng vùng cấm HOMO-LUMO. Cr-doped Ge cluster ở trạng thái ion dương có năng lượng vùng cấm thấp hơn so với trạng thái trung hòa. Điều này cho thấy khả năng điều chỉnh tính chất điện tử của cluster thông qua pha tạp Cr.
2.2. Tính chất từ tính
Nghiên cứu chỉ ra rằng cluster Ge pha tạp Cr có tính chất từ tính đáng kể. Sự pha tạp hai nguyên tử Cr tạo ra từ tính cao hơn so với pha tạp một nguyên tử. Cr-doped Ge cluster ở trạng thái ion dương có từ tính mạnh hơn so với trạng thái trung hòa, mở ra tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị lưu trữ dữ liệu.
III. Ứng dụng và ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu về cluster Ge pha tạp Cr có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các vật liệu nano mới. Cr-doped Ge cluster có thể ứng dụng trong lĩnh vực xúc tác, thiết bị điện tử, và lưu trữ dữ liệu. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế và chế tạo các vật liệu có tính chất điện tử và từ tính đặc biệt.
3.1. Ứng dụng trong xúc tác
Cluster Ge pha tạp Cr có tiềm năng ứng dụng trong các phản ứng xúc tác nhờ vào tính chất hóa học đặc biệt. Cr-doped Ge cluster ở trạng thái ion dương có hoạt tính xúc tác cao hơn so với trạng thái trung hòa, phù hợp cho các phản ứng oxy hóa và khử.
3.2. Ứng dụng trong điện tử
Nghiên cứu chỉ ra rằng cluster Ge pha tạp Cr có thể được sử dụng trong các thiết bị điện tử nhờ vào tính chất điện tử và từ tính đặc biệt. Cr-doped Ge cluster có khả năng điều chỉnh năng lượng vùng cấm, mở ra tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị bán dẫn và quang điện.
