В рамках модели Хаббарда в приближении статических флуктуаций вычислен энергетический спектр фуллерена C 70 с учетом различия в длинах связей между неэквивалентными узлами. На основе полученного энергетического спектра смоделирован спектр оптического поглощения в ультрафиолетовом и видимом диа-пазоне. Обнаружено хорошее качественное согласие результата расчетов с экспериментально измеренным спектром поглощения, а также соответствие между экспериментальным и теоретическим значением щели между верхней заполненной и нижней свободной молекулярной орбиталью. DOI: 10.21883/FTT.2017.02.44071.474
ВведениеФуллерены, открытые более 30 лет назад, и сейчас привлекают усиленное внимание исследователей. Это связано с уникальностью их свойств и большими пер-спективами их применения в различных наукоемких областях техники [1]. Электронное строение, а именно энергетический спектр, любой системы несет наиболь-шую информацию о ее свойствах. Знание энергетическо-го спектра позволяет объяснить многие свойства систе-мы, а также сделать предсказания на счет областей воз-можного применения новых материалов. В работах [2][3][4][5][6][7] на примере фуллеренов С 60 , С 70 , С 72 , С 80 и С 82 было по-казано, что электронные и оптические свойства фулле-ренов могут быть последовательно объяснены с привле-чением для вычисления их энергетического спектра мо-дели Хаббарда. Это оправдано тем, что в π-электронной подсистеме, в пределах которой, согласно [8], находит-ся граница между верхней заполненной молекулярной орбиталью (ВЗМО) и нижней свободной молекулярной орбиталью (НСМО), кулоновское взаимодействие элек-тронов на одном узле велико. Оно, согласно результа-там [9,10], может достигать значений до 10 eV.Убедительным свидетельством в пользу подхода, раз-виваемого в [2-7], является следующее. Спектр оптиче-ского поглощения фуллерена С 60 , измеренный в [11], содержит полосы поглощения при 210 и 260 nm, что соответствует переходам между электронными состо-яниями с разностью энергий ∼ 5−6 eV. Это значение порядка ширины зоны π-электронов в фуллеренах, кото-рая была бы в отсутствие кулоновского взаимодействия. Причем, интенсивность поглощения на этих длинах волн в 100−200 раз выше, чем на длинах волн, соответствую-щих видимой и инфракрасной (ИК) области. Последнее указывает на то, что поглощение на длинах волн 210 и 260 nm (5.9 и 4.8 eV) связано с разрешенными по симметрии электронными переходами, а в видимой и ИК областях -с запрещенными, которые становятся разрешенными из-за температурных искажений. Отме-тим, что наши расчеты не являются расчетами ab initio, а точные значения вероятности перехода (и степень их отличия от нуля) требуют точного знания волновых функций соответствующих состояний и вычисления на их основе матричных элементов переходов. Поэтому наши утверждения, что интенсивность переходов на длинных волнах в 100−200 раз ниже, являются чи-сто феноменологическими и основываются на экспери-ментальных данных [11,12]. Симметрия фуллерена С 60 (группа симметрии I h ) такова, что в его энергетическом спектре, полученном в рамках класс...