Сравнительный анализ динамики электронной локализации в тримерных и пентамерных нанокластерах во внешнем электрическом поле

Abstract

УДК 538.9+539.1.01+539.189

Дано описание динамики локализации обобществлённого электрона в нанокластере с разным числом центров во внешнем низкочастотном электрическом поле. Временные зависимости амплитуд вероятности нахождения электрона на различных кластерных центрах получены как численные решения модельной системы дифференциальных уравнений при различных значениях модельных параметров. Предложенная модельная система применяется к пента-мерам и тримерам и позволяет учесть разные геометрические конфигурации нанокластеров. При построении теоретической модели, центры нанокластера предполагались слабо туннельно-связанными, тогда как электрон-колебательная связь обобществлённого электрона с лигандным окружением на каждом из кластерных центров считалась существенной. Туннелирование учитывалось только между ближайшими соседними кластерными центрами, каждый из которых имеет ядро и лигандную оболочку, и такие составные центры считались эквивалентными. В результате численного моделирования для тримера и пентамера показано, что внешнее электрическое поле проявляет себя как управляющий фактор, поскольку вариации его частоты и амплитуды напряжённости приводят к реализации различных режимов электронной локализации в нанокластерах. В общем, полученные режимы распределения электронной плотности в тримере и пентамере характеризуются формой временной зависимости, длительностью электронной локализации на кластерных центрах и длительностью межцентрового переключения электронной локализации. Изменения параметров электрического поля обеспечивают регулировку и контроль этих характеристик. Сравнительный анализ полученных результатов показывает, что в пятицентровом нанокластере, который можно также рассматривать как тример с димеризованными концами, и трёхцентровом нанокластере динамика распределения электронной плотности практически совпадает.

Ключевые слова: многоцентровый нанокластер, тример, пентамер, лигандная оболочка, низкочастотное электрическое поле, электрон-колебательное взаимодействие, электронная локализация.

The localization dynamics of a shared electron in a nanocluster with a different number of centers in an external low-frequency electric field is described. The time dependences of the probability amplitudes for finding an electron at different cluster centers were obtained as numerical solutions to a model system of differential equations for various values of the model parameters. The proposed model system is applied to pentamers and trimers and allows for various geometric configurations of nanoclusters to be taken into account. In constructing a theoretical model, the nanocluster centers were assumed to be weakly tunnel-coupled, while the electron-vibrational coupling of the shared electron with the ligand environment at each cluster center was considered to be significant. Tunneling was taken into account only between the nearest neighboring cluster centers, each of which had a core and a ligand shell, and such composite centers were assumed to be equivalent. As a result of numerical modeling for the trimer and pentamer, it was shown that an external electric field acts as a control factor, since variations in its frequency and strength amplitude lead to the implementation of various regimes of electron localization in nanoclusters. In general, the electron density distribution regimes in the trimer and pentamer are characterized by the shape of their time dependence, the duration of localization at cluster centers, and the duration of intercenter switching of electron localization. Variations in the electric field parameters provide adjustment and control of those characteristics. A comparative analysis of the obtained results shows that in a five-center nanocluster, which can also be considered to be a trimer with dimerized ends, and a three-center nanocluster, the dynamics of the electron density distribution is practically identical.

Keywords: multicenter nanocluster, trimer, pentamer, ligand shell, low-frequency electric field, electron-vibrational interaction, electron localization.

Download full-text PDF. 3 downloads

Menu

Vol. 62 (2026), Issue 3, p. 30-38

Сравнительный анализ динамики электронной локализации в тримерных и пентамерных нанокластерах во внешнем электрическом поле

Abstract