Atomic and electronic structure of new hollow-based symmetric families of silicon nanoclusters

新しい中空型対称性を持つシリコンナノクラスターファミリーの原子構造と電子構造

Avramov, P.; Fedorov, D. G.*; Sorokin, P. B.*; Chernozatonskii, L. A.*; Gordon, M. S.*

Avramov, P.; Fedorov, D. G.*; Sorokin, P. B.*; Chernozatonskii, L. A.*; Gordon, M. S.*

内部に任意の大きなフラーレン型の空間を持つ安定なSiナノクラスターファミリーを系統的に構築した。さらに、5員環,6員環接合を介してこれらのナノクラスターを結合することによって複合構造をデザインした。提案した物質の原子配置と電子構造を半経験的量子力学的手法を用いて計算した。それぞれのファミリー内でバンドギャップと安定性はクラスターの実効的な大きさに反比例することが明らかになった。クラスターは、親となるシリコンフラーレンから受け継いだ非常にバラエティに富む構造と対称性を持つ。複合体は、接合に関係する特異な電子構造を持った擬分子のように電子を閉じ込める。量子ドットとその複合体はその内部空間にゲスト原子を内包しうる。それゆえ、電子特性を制御可能で有望な新規ナノ材料を提供しうる。

We have systematically constructed a set of stable silicon nanocluster families with large arbitrary fullerenetype hollows inside. In addition, conglomerate structures are designed by connecting the nanoclusters through pentagonal and hexagonal junctions. The atomic and electronic structure of the proposed objects is investigated using the semiempirical quantum-mechanical method. It is shown that within each family the band gap and the stability are inversely proportional to the particle effective size. The clusters inherit a wide variety of structural and symmetry properties from their parent silicon fullerenes. The conglomerates confine electrons like quasi-molecules with a peculiar electronic structure related to the junctions. Quantum dots and their conglomerates can host guest atoms in their hollows and therefore present a new promising type of nanomaterials with tunable electronic properties.