Омские ученые усовершенствовали один из математических подходов для моделирования наноматериалов, приблизив вычисляемые с помощью них параметры к реальности. Статья ученых опубликована в журнале Physical Review E.

Чтобы придать новым наноматериалам нужные свойства, ученые используют модели молекулярных кластеров на подложке. Для простоты вычислений обычно рассматривается поверхность из атомов, расположенных в вершинах квадратной решетки. Тем не менее для атомов таких металлов, как золото, платина, медь и цинк, характерна еще и укладка в форме пирамиды.

Классические методы моделирования хорошо работают при изучении молекул только на квадратной решетке. Исследование ученых из Омского государственного технического университета, поддержанное Президентской программой исследовательских проектов Российского научного фонда, позволило расширить применимость появившегося сравнительно недавно метода ренормализации на более сложные системы с другими типами поверхности. Исследователи использовали метод представления нескольких соседних атомов в качестве одной большой частицы. Такой способ позволяет достаточно точно предсказывать поведение системы, но только при небольших изменениях внешних параметров.

На основе полученных данных исследователи подобрали поправки, позволяющие добиться высокой точности для системы с пирамидальной решеткой, характерной для поверхности золота, платины, меди или цинка. Следующим этапом исследования стало доказательство эффективности метода при различных размерах молекул, осевших на подложке. Ученые подставляли различные значения длин связей между атомами в несколько математических моделей, включая экспериментальную. Оказалось, что новая модель может точнее всего предсказать поведение наноматериалов с молекулами разных размеров.

«Первоначально метод использовался только для изучения простейших систем, преимущественно квантовых. Мы предложили небольшие модификации, которые позволили применить его к адсорбционным системам. Это позволит лучше понять процессы, происходящие на поверхности твердого тела, и в перспективе сэкономить время и деньги экспериментаторов, разрабатывающих новые наноматериалы. Одним из направлений наших исследований станет дальнейшее расширение возможностей метода и изучение вопроса, что произойдет в более сложных системах с другой геометрией поверхности и молекулами большего размера. Есть предположение, что с предельно большими молекулами вне зависимости от геометрии поверхности все модели начнут вести себя одинаково. То есть система перейдет из решеточной в хорошо изученную непрерывную», — рассказывает ведущий автор статьи, старший научный сотрудник научно-образовательного ресурсного центра «Химическая технология и новые материалы» ОмГТУ Сергей Акименко.