|
МЕХАНИЗМ ПРОТОННОГО ПЕРЕНОСА В ДИОКСИДЕ ОЛОВА ДобровольскийЮ.А., Укше А.Е., Зюбина Т.С., Домашнев Д.И.,Треглазов И.В., Логинова У.С. Институт проблем химической физики РАН Процессы коррелированного транспорта протонов вдоль поверхности кристалла двуокиси олова теоретически изучаются методами квантовой химии и компьютерного моделирование. Методом MNDO-PM3 в кластерной аппроксимации вычислен путь минимальной энергии для переноса протона на поверхности SnO2 и величины барьеров активации как для одного протона, так и для двух протонов в группе.
Рис. 1. Каналы протонной миграции и две протонные конфигурации. Рис. 2. Зависимость тока (a) и заряда (b) от времени. На рис.1 показаны в проекции "сверху" пути минимальной энергии для миграции протонов по поверхности кластера (SnO2)29. Вычисления показывают, что протоны движутся по поверхности по каналам, преодолевая активационные барьеры, равные 35 ккал/моль. Если среднее расстояние между протонами превышает две постоянных решетки, протоны движутся квазинезависимо, при уменьшении расстояния влияние второго протона на движение первого увеличивается, достигая, величины 23 ккал/моль. Основываясь на этих результатах, были выбраны 4 типа двухпротонных конфигураций (комбинаций занятых двумя протонами позиций на 4-х местах элементарной ячейки) с различной вероятностью взаимоперехода. Вероятности этих прыжков, однако, выбраны независящими от величины поля (перенос чисто термоактивационный).Эта модель была рассчитана методом 'клеточных автоматов'. Наиболее интересным результатом моделирования является возникновение структуры (самоорганизация) в системе подвижных ионов на решетке такого типа. Размывание структуры возможно только за счет диффузии, более того, через некоторое время блокирующая конфигурация возникает вновь. В результате наблюдается волнообразная зависимость тока от времени с периодом около 100 циклов расчета (рис.2). Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований РАН (проект 00-03-32029). |
