نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، لرستان

چکیده

با استفاده از محاسبات ابتدا به ساکن بر پایه روش موج ‌تخت به ‌ساخته خطی با پتانسیل کامل (FPLAPW)
طیف اتلاف انرژی نزدیک لبه (ELNES) 
برای لبهk  اتم‌های کربن در بلور مولکولی فنانترین و ایزومر آن، آنتراسین، محاسبه شد. در این دو ساختار، اتم‌های کربن غیرمعادل طیف‌های اتلاف متفاوتی نزدیک لبه نمایش می‌دهند، که این نتیجه‌ای از طول پیوند
متفاوت کربن- کربن به ‌عنوان رفتار مشخصه‌ای برای بلورهای مولکولی است. طول‌های پیوند کوتاه‌تر ساختارهای طیفی در ELNES
را به انرژی‌های بالاتر هل می‌دهند. در آنتراسین، مکان انرژی آستانه لبه به‌ دلیل گاف نواری کمتر در انرژی‌های پایین‌تر ظاهر می‌شود. در آستانه لبه K
کربن در آنتراسین، یک شکافتگی قوی برای بیشینه ساختاری π*
به دو بیشینه ساختاری قابل مشاهده است. در مقایسه با لبه K
کربن در آنتراسین، به ‌دلیل طول پیوند بزرگ‌تر کربن- کربن در فنانترین، مکان بیشینه ساختار اصلی σ
یک جابه‌جایی قرمز نشان می‌دهد. طیف اتلاف فنانترین بلوری شامل انتقال الکترون از اوربیتال s1 
کربن به حالت‌های π* و σ*
است. در آنتراسین، دو ساختار اول که دارای بیشترین شدت می‌باشند، سهم‌هایی از اوربیتال‌های π*
را شامل می‌شوند. احتساب تقریب حفره مغزه با استفاده از ابریاخته‌ها و نیز تنظیم نیم‌‌زاویه جمع‌ کننده در مقدار جادویی آن برای حصول طیف‌های ELNES
منطقی و قابل‌قبول ضروری است.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Carbon K edge structures of molecular crystals from first-principles: A comparison between phenanthrene and anthracene

نویسندگان [English]

  • H Nejatipour
  • M Dadsetani

چکیده [English]

By means of ab-initio calculations on the basis of the FPLAPW method, we compared the energy loss near edge structure (ELNES) of carbon K edges in crystalline phenanthrene and its isomer, anthracene. In these two organic compounds, different non-equivalent carbon atoms can result in distinct K edge spectra due to the different carbon-carbon bond lengths, as a characteristic behavior of the molecular crystals. The smaller bond lengths push the ELNES features to the higher energies. In anthracene, the energy position of the edge-onset appears at lower energies due to its smaller electronic band gap. At the onset of the  C K edge of anthracene, the strong splitting of the π* peak into two peaks is observable. Compared to the  C K edge in anthracene, due to the slightly larger C–C bond length in phenanthrene, the peak position of the main σ structure has a red shift. The ELNES spectrum of crystalline phenanthrene includes electron transition of 1s carbon orbital to π* and σ* states. In anthracene, the first two intense features have contributions of π* orbitals. Consideration of the core-hole approximation by means of super-cells and the collection of semi-angles at magic value are essential to obtain reasonable ELNES spectra.

کلیدواژه‌ها [English]

  • organic molecular crystals
  • phenanthrene
  • anthracene
  • ELNES
  • density functional theory

1. C K Chiang, C R Fincher, Jr., Y W Park, A J Heeger, H Shirakawa, E J Louis, S C Gau, and A G MacDiarmid, Phys. Rev. Lett. 39 (1977) 1098. 2. A Kadyshevitch and R Naaman, Phys. Rev. Lett. 74 (1995) 3443. 3. E A Silinsh and V Capek, “Organic Molecular Crystals”, AIP Press, New York (1994). 4. J D Wright, “Molecular Crystals”, 2nd ed., Cambridge Univ. Press, UK (1995). 5. S R Forrest, Nature (London) 428 (2004) 911. 6. T W Kelly, P F Baude, Ch Gerlach, D E Ender, D Muyres, M A Hasse, D E Vogel, and S D Theiss, Chem. Matter. 16 (2004) 4413. 7. M Bendikov, F Wudl, and D F Perepichka, Chem. Rev. 104 (2004) 4891. 8. K Hummer and P Puschnig, C Ambrosch-Draxl, Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 147402. 9. K Hummer, C. Ambrosch-Draxl, Phys. Rev. B 71 (2005) 081202. 10. K Hummer, C Ambrosch-Draxl, Phys. Rev. B 72 (2005) 205205. 11. S F Nelson, Y Y Lin, D J Gundlach, and T N Jackson, Appl. Phys. Lett. 72 (1998) 1854. 12. Y Kan, L Wang, H Yunchuan, W Guoshi, and Q Yong, Appl. Phys. Lett. 84 (2004) 1513. 13. I Shiyanovkaya, K D Singer, V Percec, T K Bera, Y Miura, and M Glodde, Phys. Rev. B 67 (2003) 035204. 14. M Oehzelt, R Resel, and A Nakayama, Phys. Rev. 66 (2002)174104. 15. K Hummer, P Puschnig, C Ambrosch-Draxl, Physica Scripta. T109 (2004) 152. 16. M T Bhatti, M Ali, S G N., and M Saleh, Turk. J. Phys. 24 (2000) 673. 17. X F Wang, R H Liu, Z Gui, Y L Xie, Y J Yan, J J Ying, X G Luo, and X H Chen, Nature. Commun. 1115 (2011) 1. 18. M Dadsetani, H Nejatipour, and A Ebrahimian, J. Phys. Chem. Solids 80 (2015) 67. 19. M Dadsetani, A Ebrahimian, and H Nejatipour, J. Materials Science in Semiconductor Processing, in press. 20. R F Egerton, “Electron Energy-Loss Spectroscopy in the Electron Microscope”, 2nd ed. Plenum (1996). 21. G A Botton, G Y Guo, W M Temmerman, and C J Humphreys, Phys. Rev. B 54 (1996) 1682. 22. T Mizoguchi, I Tanaka, S Yoshioka, M Kunisu, T Yamamoto, and W Y Ching, Phys. Rev. B 70 (2004) 045103. 23. P Blaha, K Schwarz, G Madsen, D Kvasicka, and J Luitz, “WIEN2k, An Augmented Plane Wave + Local Orbital Program for Calculating Crystal Properties”, Technical Universitat, Wien, Austria (2001). 24. C Hébert, J Luitz, and P Schattschneider, Micron 34 (2003) 219. 25. J T Titantah and D Lamoen, Phys. Rev. B 70 (2004) 075115. 26. H Nejati and M Dadsetani, Micron 67 (2014) 30. 27. J Luitz, M Maier, C Hébert, P Schattschneider, P Blaha, K Schwarz, and B Jouffrey, Eur. Phys. J. B 21 (2001) 363. 28. M Klues, K Hermann, and G Witte, J. Chem. Phys. 140 (2014) 014302. 29. M L Gordon, D Tulumello, G Cooper, A P Hitchcock, P Glatzel, O C Mullins, S P Cramer, and U Bergmann, J. Phys. Chem. A 107 (2003) 8512. 30. A L Pitman, J A Mcleod, E K Sarbisheh, E Kurmaev, J Müller, and A Moewes, J. Phys. Chem. C 117 (2013) 19616. 31. J P Perdew, K Burke, and M Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77 (1996) 3865. 32. V Blum, R Gehrke, F Hanke, P Havu, V Havu, X Ren, K Reuter, M Scheffler, Computer Physics Communications 180 (2009) 2175. 33. H A Bethe, Ann. Phys. 5 (1930) 325. 34. M Nelhiebel, P H Louf, P Schattschneider, P Blaha, K Schwarz, and B Jouffrey, Phys. Rev. B 59(1999) 12807. 35. D W Jones and J Yerkess, J. Cryst. Mol. Struct. 1 (1971) 17. 36. V C Sinclair, J Monteath Robertson, and A M Mathieson, Acta Cryst. 3 (1950) 251. 37. P L de Andres, A Guijarro, and J A Vergés, Phys. Rev. B 84 (2011) 144501. 38. K Hummer, P Puschnig, and C Ambrosch-Draxl, Phys. Rev. B 67 (2003) 184105. 39. G Vaubel and H Baessler, Phys. Lett. 27 (1968) 328. 40. E A Silinsh, “Organic Molecular Crystals”, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York (1980). 41. P J Bounds and W Siebrand, Chem. Phys. Lett. 75 (1980) 414. 42. L Hedin, Phys. Rev. 139 (1965) 796. 43. J T Titantah and D Lamoen, Phys. Rev. B 72 (2005) 193104.

تحت نظارت وف بومی