Современная электроника №7/2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 7 / 2023 молекулярный туннель заменён на мостик , который соединяет донорные и акцепторные частицы , представлен - ные потенциальными поверхностями , связанными с соответствующими моле - кулярными и ядерными структурами . Один из дополнительных адапта - ционных способов заключается в том , что рассматриваются разнонаправлен - ные потоки электронов . В одном случае блок включает электроны с положи - тельной энергией относительно нуле - вой кинетической энергии в вакууме . Этот тип связан с нормальными про - цессами рассеяния . В другом случае , как , например , при передаче между двумя проводниками через молекуляр - ный слой , будут задействованы элек - троны с отрицательной энергией [32]. В основном для транспортных вычислений используются три базо - вых упрощённых метода . Наиболее распространённым является « Форма - лизм неравновесной функции Гри - на » (non-equilibrium Green’s function formalism – NEGF) [33]. Формализм Ландауэра - Буттикера (Landauer-Buttiker formalism) являет - ся расширением метода NEGF для слу - чаев , когда эффекты взаимодействия могут рассматривать на среднем уров - не в нелинейных режимах , Этот метод применяется для построе - ния квазистационарных моделей в тех ситуациях , когда упрощения вводятся в оценке того , насколько они удобны в использовании по сравнению с кон - курирующими методами [34]. Для построения линеаризованных моделей используется формула Кубо (Kubo-formula). Эта методика отли - чается тем , что оперирует только с опережающими и запаздывающими функциями Грина . Поэтому в качестве входных данных можно использовать существующую информацию об элек - тронной структуре в основном состо - янии [35]. В одной из последних работ на эту тему представлено программное обе - спечение VOTCA-XTP с открытым исходным кодом , предназначенное для расчёта электронной структуры молекул в возбуждённом состоянии с использованием теории функций Грина . Данное ПО обеспечивает точ - ное описание квазичастичных и свя - занных электронно - дырочных возбуж - дённых состояний различного типа . Модель на основе гауссовых орби - талей включает методы разрешения идентичности и различные подходы к интегрированию частоты собственной энергии . Для этого применён метод раз - грузки матричных операций с исполь - зованием графических процессоров в гибридной схеме OpenMP/Cuda. Отли - чительной особенностью VOTCA-XTP является возможность связать расчёт электронных возбуждений с классиче - ской поляризуемой средой на атоми - стическом уровне в схеме связанной квантовой и молекулярной механики (QM/MM). Предложенная программ - ная платформа позволяет обрабатывать системы , содержащие до 2500 базисных функций , на обычных рабочих станци - ях с общей памятью [36]. Независимо от того , какой из пере - численных подходов используется , необходима дополнительная информа - ция об электронной структуре устрой - ства . В действительности молекуляр - ные соединения представляют собой одну из самых сложных проблем в тео - рии электронных структур . Методика расчёта потенциалов иони - зации (IP) и электронной энергии (EA) молекул приведены в работе [37]. Сами по себе сложнейшие вычисле - ния IP (EAs) содержат погрешности , которые затем вызывают ошибки в положении транспортных резонансов , связанных с самым высоким занятым (HOMO) и самым низким незанятым (LUMO) молекулярными уровнями . В целом оценки IP для малых молекул , основанные на различных методиках (KS, DFT и др .), могут отклоняться от оценок более высокого уровня более чем на 1 эВ [38]. Наиболее интересные молекуляр - ные соединения связаны со слабыми подсистемами , такими , например , как « молекулярные квантовые точки », для которых ошибки в рассчитанных уров - нях остаются большими , даже если ошибка в общей работе выхода может быть относительно небольшой . Представляет интерес электрон - но - индуцированный перенос прото - на (Electron-induced proton transfer – EIPT), который описывает движение протона в сочетании с присоединени - ем к молекуле низкоэнергетического электрона . Этот процесс можно наблю - дать во многих различных системах , например , в кислотно - основных хими - ческих реакциях . Присоединение электрона стимули - рует эти реакции благодаря образова - нию переходного дипольно - связанного анионного состояния или нестабиль - ного валентно - связанного анионного состояния . Процесс EIPT, например , рассматривается в качестве одной из причин повреждения ДНК при луче - вой терапии рака . Приведённые при - меры демонстрируют случаи EIPT меж - ду двумя молекулами . Аналогичный , по своей сути , процесс может иметь место и внутри одной молекулы . В статье [39] описаны результаты экс - периментов с молекулами 10- гидрок - сибензохинолина (10-hydroxybenzo- [h]-quinoline) и 8- гидроксихинолина (8-hydroxyquinolin). Экспериментальные результаты , полученные с помощью ани - онной фотоэлектронной спектроскопии и масс - спектрометрии , подтверждают - ся расчётами , проведёнными методами теории функционала плотности (DFT). В данной работе было показано , что молекулы гидроксибензохинолина и гидроксихинолина могут переносить внутри себя протоны , индуцированные электронами . Этот процесс был назван авторами внутримолекулярным – iEIPT. На основании проведённых экспери - ментальных исследований и модельных расчётов авторыполагают , что для возник - новения внутримолекулярного процесса iEIPT необходимо , чтобымолекула удов - летворяла следующим трём критериям : ● молекула должна иметь одну функ - циональную группу в качестве до - нора протона ( например , -OH или -COOH) и одну функциональную группу в качестве рецептора прото - на ( нуклеофилы ), например , одино - кая пара ; ● эти функциональные группы долж - ны находиться в непосредственной близости и иметь предсуществую - щую водородную связь ; ● сама молекула должна иметь воз - можность электронного размеще - ния одного лишнего электрона на - подобие разрыхляющей π *- орбитали . В качестве хорошо известного при - мера iEIPT можно привести анион аце - тоуксусной кислоты , чей нейтральный аналог соответствует трём вышеуказан - ным критериям . Детальное рассмотрение даже основ - ных теоретических проблем молеку - лярной электроники выходит за рам - ки данной статьи . Подробно вопросы моделирования квантового транспорта в молекулярных соединениях , а также методы описания электронной структу - ры и динамики молекул в неравновес - ных средах рассмотрены в обзоре [40]. Краткий обзор приведённых выше результатов экспериментов по иссле - дованию проводимости органических