Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2026, выпуск 5 » Статья стр. 1050
<<<>>>
Развитие Слэйтера-Костера параметризации Cu-X (X = Cu, O, C, H) в рамках метода SCC DFTB для повышения качества in silico исследований электронных свойств
Колесниченко П.А.1, Глухова О.Е.1
1Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Саратов, Россия
Поступила в редакцию: 23 декабря 2025 г.
В окончательной редакции: 23 декабря 2025 г.
Принята к печати: 23 декабря 2025 г.
Выставление онлайн: 2 апреля 2026 г.
PDF версия
Разработана новая модификация метода функционала плотности с самосогласованием поля по заряду в приближении сильной связи Self-Consistent Charge Density Functional Tight Binding (SCC DFTB, sk-файлы) для Cu-X (X = Cu, O, C, H). За основу была взята электронная часть sk-файлов и усовершенствована отталкивательная часть с применением программного пакета "Tango". Использованы следующие кристаллические структуры для пары атомов Cu-O с кубической, орторомбической и тетрагональной сингонией, для Cu-C с орторомбической сингонией, для Cu-H с тригональной и гексагональной сингонией, для Cu-Cu с кубической, гексагональной, тетрагональной и моноклинной сингонией. Полученный набор базисных функций Слэйтера-Костера в рамках метода SCC DFTB демонстрирует явные преимущества перед известным набором ptpb (Periodic Table Baseline Parameter): более точное воспроизведение метрических параметров кристаллической решетки (длин межатомных связей и векторов трансляций) - на основании сравнения с надежными данными экспериментальных исследований; соответствие рассчитанной электропроводности кристалла экспериментальным данным. На основании вычисления среднеквадратичного отклонения RMSD (Root Mean Square Deviation) для кристаллов пары атомов Cu-C была уменьшена погрешность метрических параметров решетки в 3.9 раз, для пары атомов Cu-Cu в 38 раз, для пары атомов Cu-H в 36 раз, для Cu-O в 6.5 раз. Тем самым в отдельных случаях удалось добиться улучшения в десятки раз. Ключевые слова: SCC DFTB, Cu-X (X = Cu, O, C, H), электронный транспорт, параметры Слэйтера-Костера (sk-файлы).
  1. S. Steinhauer. Chemosensors, 9, 51 (2021). DOI: 10.3390/chemosensors9030051
  2. D. Nunes, A. Pimentel, A. Gon calves, S. Pereira, R. Branquinho, P. Barquinha, E. Fortunato, R. Martins. Semicond. Sci. Technol., 34, 043001 (2019). DOI: 10.1088/1361-6641/ab011e
  3. Z. Zhang, S. Zhang, S. Liu, M. Wang, G. Fu, L. He, Y. Yang, S. Fang. Sens. Actuators B Chem., 220, 84 (2015). DOI: 10.1016/j.snb.2015.05.089
  4. P.T. Moseley. Meas. Sci. Technol., 28, 082001 (2017). DOI: 10.1088/1361-6501/aa7443
  5. H.J. Kim, J.H. Lee. Sens. Actuators B Chem., 192, 607 (2014). DOI: 10.1016/j.snb.2013.11.005
  6. A.S. Zoolfakar, R.A. Rani, A.J. Morfa, A.P. O'Mullane, K. Kalantar-zadeh. J. Mater. Chem. C, 2, 5247 (2014). DOI: 10.1039/C4TC00345D
  7. Q. Zhang, K. Zhang, D. Xu, G. Yang, H. Huang, F. Nie, C. Liu, S. Yang. Prog. Mater. Sci., 60, 208 (2024). DOI: 10.1016/j.pmatsci.2013.09.003
  8. J.J.M. Vequizo, C. Zhang, M. Ichimura. Thin Solid Films, 597, 83 (2015). DOI: 10.1016/j.tsf.2015.11.034
  9. M. Izaki, T. Saito, T. Ohata, K. Murata, B.M. Fariza, J. Sasano, T. Shinagawa, S. Watase. ACS Appl. Mater Interfaces, 4, 3558 (2012). DOI: 10.1021/am3006093
  10. C.-L. Hsu, J.-Y. Tsai, T.-J. Hsueh. Sens. Actuators B Chem., 224, 95 (2016). DOI: 10.1016/j.snb.2015.10.018
  11. H.A. Al-Jawhari. Mater. Sci. Semicond. Process., 40, 241 (2015). DOI: 10.1016/j.mssp.2015.06.063
  12. M. Valvo, D. Rehnlund, U. Lafont, M. Hahlin, K. Edstrom, L. Nyholm. J. Mater. Chem. A, 2, 9574 (2014). DOI: 10.1039/C4TA01361A
  13. G. Kresse, D. Joubert. Phys. Rev. B, 59, 1758 (1999). DOI: 10.1103/PhysRevB.59.1758
  14. P. Giannozzi, O. Andreussi, T. Brumme, O. Bunau, M. Buongiorno Nardelli, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, M. Cococcioni, N. Colonna, I. Carnimeo, A. Dal Corso, S. de Gironcoli, P. Delugas, R.A. DiStasio Jr, A. Ferretti, A. Floris, G. Fratesi, G. Fugallo, R. Gebauer, U. Gerstmann, F. Giustino, T. Gorni, J. Jia, M. Kawamura, H.-Y. Ko, A. Kokalj, E. Ku cukbenli, M. Lazzeri, M. Marsili, N. Marzari, F. Mauri, N.L. Nguyen, H.-V. Nguyen, A. Otero-de-la-Roza, L. Paulatto, S. Ponce, D. Rocca, R. Sabatini, B. Santra, M. Schlipf, A.P. Seitsonen, A. Smogunov, I. Timrov, T. Thonhauser, P. Umari, N. Vast, X. Wu, S. Baroni. J. Phys.: Condens. Matter, 29, 465901 (2017). DOI: 10.1088/1361-648X/aa8f79
  15. J.M. Soler, E. Artacho, J.D. Gale, A. Garci a, J. Junquera, P. Ordejon, D. Sanchez-Portal. J. Phys.: Condens. Matter, 14, 2845 (2002). DOI: 10.1088/0953-8984/14/11/302
  16. S.J. Clark, M.D. Segall, C.J. Pickard, P.J. Hasnip, M.J. Probert, K. Refson, M.C. Payne. Z. Kristallogr., 220, 567 (2005). DOI: 10.1524/zkri.220.5.567.65075
  17. H. Liu, G. Seifert, C. Di Valentin. J. Chem. Phys., 150, 094703 (2019). DOI: 10.1063/1.5085190
  18. G. Zheng, S. Irle, K. Morokuma. Chem. Phys. Lett., 412 (1-3), 210 (2005). DOI: 10.1016/j.cplett.2005.06.105
  19. S. Manzhos. Chem. Phys. Lett., 643, 16 (2016). DOI: 10.1016/j.cplett.2015.11.007
  20. B. Hourahine, B. Aradi, V. Blum, F. Bonafe, A. Buccheri, C. Camacho, C. Cevallos, M.Y. Deshaye, T. Dumitricv a, A. Dominguez, S. Ehlert, M. Elstner, T. van der Heide, J. Hermann, S. Irle, J.J. Kranz, C. Kohler, T. Kowalczyk, T. Kubav r, I.S. Lee, V. Lutsker, R.J. Maurer, S.K. Min, I. Mitchell, C. Negre, T.A. Niehaus, AM. N. Niklasson, A.J. Page, A. Pecchia, G. Penazzi, M.P. Persson, J. v Rezav c, C.G. Sanchez, M. Sternberg, M. Stohr, F. Stuckenberg, A. Tkatchenko, V.W. Yu, T. Frauenheim. J. Chem. Phys., 152, 124101 (2020). DOI: 10.1063/1.5143190
  21. M. Cui, K. Reuter, J.T. Margraf. J. Chem. Theory Comput., 20, 5276 (2014). DOI: 10.1021/acs.jctc.4c00228
  22. DFTB. Available at: https://dftb.org/parameters/ (access date: 14-07-2025)
  23. M. Van den Bossche, H. Gronbeck, B. Hammer. J. Chem. Theory Comput., 14, 2797 (2018). DOI: 10.1021/acs.jctc.8b00039
  24. P. Koskinen, V. Makinen. Comput. Mater. Sci., 47, 237 (2009). DOI: 10.48550/arXiv.0910.5861
  25. M. Wahiduzzaman, A.F. Oliveira, P. Philipsen, L. Zhechkov, E. van Lenthe, H.A. Witek, T. Heine. J. Chem. Theory Comp., 9 (9), 4006 (2013). DOI: 10.1021/ct4004959
  26. T. Frauenheim, G. Seifert, M. Elstner, Z. Hajnal, G. Jungnickel, D. Porezag, S. Suhai, R. Scholz. Phys. Status Solidi B, 217, 41 (2000). DOI: 10.1002/(SICI)1521-3951(200001)217:1<41::AID-PSSB41>3.0.CO;2-V
  27. J.C. Slater, G.F. Koster. Phys. Rev., 94, 1498 (1954). DOI: 10.1103/PhysRev.94.1498
  28. A. Jain, S.P. Ong, G. Hautier, W. Chen, W.D. Richards, S. Dacek, S. Cholia, D. Gunter, D. Skinner, G. Ceder, K.A. Persson. APL Mater., 1, 011002 (2013). DOI: 10.1063/1.4812323
  29. M.K. Kjeldsen, J. Enkovaara, C. Rostgaard, J. Olsen, K.S. Thygesen. Phys. Rev. B, 74, 235102 (2006). DOI: 10.1103/PhysRevB.74.235102
  30. A.H. Larsen, J.J. Mortensen, J. Blomqvist, I.E. Castelli, R. Christensen, M. Du ak, J. Friis, M.N. Groves, B. Hammer, C. Hargus, E.D. Hermes, P.C. Jennings, P.B. Jensen, J. Kermode, J.R. Kitchin, E.L. Kolsbjerg, J. Kubal, K. Kaasbjerg, S. Lysgaard, J.B. Maronsson, T. Maxson, T. Olsen, L. Pastewaka, A. Peterson, C. Rostgaard, J. Schi tz, O. Schutt, M. Strange, K.S. Thygesen, T. Vegge, L. Vilhelmsen, M. Walter, Z. Zeng, K.W. Jacobsen. J. Phys.: Condens. Matter, 29, 273002 (2017). DOI: 10.1088/1361-648X/aa680e
  31. C.G. Ribbing, A. Roos. Copper oxides (Cu-O, CuO). In: Handbook of Optical Constants of Solids (1998), p. 875-882. DOI: 10.1016/B978-0-08-055630-7.50054-7
  32. L.-P. Mei, J.-J. Feng, L. Wu, J.-R. Chen, L. Shen, Y. Xie, A.-J. Wang. Microchim. Acta, 183, 2039 (2016). DOI: 10.1007/s00604-016-1845-0
  33. Data for Cu-O (Materials Project ID: mp-361), database version v2025.06.09. Materials Project. 2025. DOI: 10.17188/1207131
  34. Data for Cu-O (Materials Project ID: mp-760432), database version v2025.06.09. Materials Project. 2025. DOI: 10.17188/1291638
  35. Data for Cu-O (Materials Project ID: mp-1478), database version v2025.06.09. Materials Project. 2025. DOI: 10.17188/1190887
  36. Data for CuO (Materials Project ID: mp-1692), database version v2025.06.09. Materials Project. 2025. DOI: 10.17188/1192239
  37. Data for CuC (Materials Project ID: mp-1213653), database version v2025.06.09. Materials Project. Available at: https://next-gen.materialsproject.org/materials/mp-1213653?chemsys=Cu-C (Access date: 16-09-2025)
  38. Data for CuH (Materials Project ID: mp-1225705), database version v2025.06.09. Materials Project. Available at: https://next-gen.materialsproject.org/materials/mp-1225705?chemsys=Cu-H (Access date: 16-09-2025)
  39. Data for CuH (Materials Project ID: mp-24093), database version v2025.06.09. Materials Project. DOI: 10.17188/1199906
  40. Data for Cu (Materials Project ID: mp-30), database version v2025.06.09. Materials Project. DOI: 10.17188/1204433
  41. Data for Cu (Materials Project ID: mp-989695), database version v2025.06.09. Materials Project. DOI: 10.17188/1282187
  42. Data for Cu (Materials Project ID: mp-1010136), database version v2025.06.09. Materials Project. DOI: 10.17188/1326840
  43. Data for Cu (Materials Project ID: mp-1059259), database version v2025.06.09. Materials Project. Available at: https://next-gen.materialsproject.org/materials/mp-1059259?formula=Cu (Access date: 16-09-2025)
  44. W. Kabsch. Acta Crystallographica Section A, 34 (6), 827 (1978). DOI: 10.1107/S0567739478001680
  45. R. Padyath, J. Seth, S.V. Babu. Thin Solid Films, 239, 8 (1994). DOI: 10.1016/0040-6090(94)90101-5
  46. F.M. Li, R. Waddingham, W.I. Milne, A.J. Flewitt, S. Speakman, J. Dutson, M. Thwaites. Thin Solid Films, 520, 1278 (2011). DOI: 10.1016/j.tsf.2011.04.192
  47. A. Ogwu, T. Darma, E. Bouquerel. J. Achiev. Mater. Manuf. Eng., 24, 121 (2007).

Учредители

Издатель

© 2026 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme