Structural and electronic properties of layered graphitic carbon nitride

Atomic structures and electronic properties of layered graphitic carbon nitride are studied by means of ab initio computer simulation. All the structures investigated were found to be semiconductors with the band gaps lying in the range of 0.5-1.0 eV. The impact of number of layers and their interaction on the band gap are analyzed

Spin Properties of Germanium-Vacancy Centers in Bulk and Near-Surface Regions of Diamond

Germanium-vacancy (GeV) centers are now studied extensively due to perspectives of their applications in quantum information processing, nanometrology and nanoscale magnetic resonance imaging. One of the important requirements for these applications is a detailed understanding of the hyperfine interactions in such systems. Quantum chemistry simulation of the negatively charged GeV− color center in diamond is the primary goal of this paper in which we present preliminary results of computer simulation of the bulk H-terminated cluster C6969[GeV−]H8484, as well as of the surface cluster C6464[GeV−]H6868_(100)_H1111 having one dangling bond at (1 0 0) surface using the DFT/PW91/RI/def2-SVP level of theory

СТАБИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОННО-ЯДЕРНЫЕ СПИНОВЫЕ СИСТЕМЫ NV–13C В АЛМАЗЕ ДЛЯ КВАНТОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Using the methods of computational chemistry, we calculated matrices AKL describing hyperfine interactions (HFI) between the electron spin of the color ‘nitrogen-vacancy’ center (NV center) in a diamond and a 13C nuclear spin located somewhere in the Н-terminated carbon cluster C510[NV]H252 hosting the NV center. The rates W0 of the 13C spin flip-flops induced by anisotropic HFI are calculated systematically for all possible locations of 13C in the cluster. It is shown that in the cluster, there are specific positions of nuclear 13C spin, in which it almost does not undergo such flip-flops due to small off-diagonal elements in corresponding matrices AKL. Spatial locations of the 13C stability positions in the cluster are discovered and characteristic splitting values in the spectra of optically detected magnetic resonance (ODMR) for the stable NV–13C systems are calculated, which can be utilized to identify them during their experimental search for use in emerging quantum technologies. It is shown that the positions of the 13C nuclear spin located on the NV center symmetry axis are completely stable (W0 = 0). The characteristics of eight ‘axial’ NV–13C systems are elucidated. The presence of additional ‘non-axial’ near-stable NV–13C spin systems also exhibiting very low flip-flop rates (W0 → 0) due to a high local symmetry of the spin density distribution resulting in vanishing the off-diagonal HFI matrix AKL elements for such systems is revealed for the first time. Spatially, these ‘non-axial’ stable NV–13C systems are located near the plane passing through the vacancy of the NV center and being perpendicular to the NV axis. Analysis of the available publications showed that apparently, some of the predicted stable NV–13C systems have already been observed experimentally. Методами компьютерной химии рассчитаны матрицы AKL, описывающие сверхтонкое взаимодействие (СТВ) электронного спина центра окраски «азот-вакансия» (NV-центра) в алмазе с ядерным спином атома 13С, который расположен в одном из возможных узлов решетки в пассивированном водородом углеродном кластере С510[NV]H252. Выполнен систематический анализ скоростей W0 переворотов ядерных спинов 13С, индуцируемых их анизотропным СТВ с электронным спином NV-центра. Показано, что в кластере имеются специфические позиции ядерного спина 13С, в которых он практически не испытывает таких переворотов вследствие малости недиагональных элементов в соответствующих матрицах AKL. Определено пространственное расположение найденных позиций стабильности в кластере относительно NV-центра и рассчитаны величины характерных расщеплений в спектрах оптически детектируемого магнитного резонанса (ОДМР) для стабильных систем NV–13C, по которым их можно идентифицировать в процессе их экспериментального поиска для использования в разрабатываемых квантовых технологиях. Показано, что полностью стабильными (W0 = 0) являются позиции ядерного спина, расположенные на оси симметрии NV-центра. Найдены характеристики восьми таких «осевых» систем NV–13C. Впервые обнаружено наличие в кластере дополнительных «неосевых» квазистабильных систем NV–13C, имеющих малые скорости переворотов (W0 .→0) спина 13С вследствие высокой локальной симметрии распределения спиновой плотности, обусловливающей малость недиагональных элементов матриц СТВ для таких систем. Пространственно «не осевые» стабильные системы NV–13C расположены в плоскости, проходящей через вакансию NV-центра перпендикулярно его оси. Выполненный анализ имеющихся литературных данных показал, что, по-видимому, некоторые из предсказанных стабильных систем NV–13C уже наблюдались экспериментально.

Особенности сорбции диоксида серы из воздуха слабоосновными анионитами

Using non-empirical quantum-chemical calculations (with the density functional theory of DFT/B3LY-P/6-31G(3d,p) level) the geometric characteristics of sorption complexes of sulfur dioxide with primary, secondary and ternary amino groups of anion exchangers, synthesized by amination of nitrile groups of polyacrylonitrile fiber with the ethylenediamine or dimethylaminopropylamine, were calculated and their structures are visualized. The main regularities of SO2 sorption from air and features of the ongoing interactions in the polymer phase are established: 1) SO2 with primary and secondary amino groups of anion exchanger mainly interacts with the water molecules and practically does not form direct bonds with the nitrogen of the functional groups; the introduction of an oxygen molecule does not change the state of the system; 2) in the phase of anion exchanger with ternary amino groups, SO2, interacting with water molecules, spontaneously transforms into a hydrosulfite ions with proton transfer to ternary nitrogen; in the presence of an oxygen molecule in the system, barrier-free formation of the peroxy acid anion (SO3OO2-) occurs with the possible further oxidation of hydrosulfite to hydrosulfate.С помощью неэмпирических квантово-химических расчетов (в рамках теории функционала плотности с использованием уровня DFT/B3LYP/6-31G(3d,p)) рассчитаны геометрические характеристики сорбционных комплексов диоксида серы с первичными, вторичными и третичными аминогруппами анионитов, которые синтезированы аминированием нитрильных групп полиакрилонитрильного волокна этилендиамином или диметиламинопропиламином, визуализированы их структуры. Установлены основные закономерности сорбции SO2 из воздуха и особенности протекающих взаимодействий в фазе полимеров: 1) SO2 с первичными и вторичными аминогруппами анионита в основном взаимодействует с молекулами воды и практически не образует связей непосредственно с азотом функциональной группы; введение молекулы кислорода не изменяет состояние системы; 2) в фазе анионита с третичными аминогруппами SO2, взаимодействуя с молекулами воды, самопроизвольно трансформируется в гидросульфит-ион с передачей протона на третичный азот; при наличии в системе молекулы кислорода происходит безбарьерное образование аниона пероксокислоты (SO3OO2-) с возможным дальнейшим окислением гидросульфита в гидросульфат

АТОМАРНАЯ СТРУКТУРА, ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ, ОПТИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА НИЗКОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР ИЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

The results of theoretical modeling from the first principles of atomic structure and properties of promising low-dimensional structures from semiconductors, performed for the past five years at the Center of Nanoelectronics and Novel Materials of Belarusian state university of informatics and radioelectronics, are summarized. The discovered principal new properties of two-dimensional structures from dichalcogenides of refractory metals and semiconductor silicides, one-dimensional structures of silicon, А3В5 semiconductors and semiconductor metal oxides, and zero-dimensional structures of carbon - nanodiamonds - are presented.Обобщены результаты теоретического моделирования из первых принципов атомарной структуры и свойств перспективных низкоразмерных структур из полупроводников, выполненного в Центре наноэлектроники и новых материалов Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники за последние пять лет. Приведены основные обнаруженные новые свойства двумерных структур из дихалькогенидов тугоплавких металлов и полупроводниковых силицидов, одномерных структур из кремния, полупроводников А3В5 и полупроводниковых оксидов металлов, нульмерных структур из углерода - наноалмазов

Математическое описание сорбции этиламинов из воздуха волокнистыми катионитами в условиях ограниченной проницаемости сорбата

A mathematical model for description of the sorption capacity of ion exchangers on alkaline compounds protonizable in aqueous solutions (exemplified by ammonia, mono-, diand triethylamine) was proposed. The Henry’s constants for these substances were experimentally determined. The model accounts for the concentration and acid-base properties of the sorbate, relative air humidity, acid-base properties and exchange capacity of the ion exchanger, as well as spatial availability of functional groups for interaction under conditions of limited permeability of polymeric ion exchanger. The applicability of the model is illustrated by processing the experimental results on the sorption of ammonia and ethylamines by fibrous carboxylic and sulfonic cation exchangers. Good agreement between the calculated and experimental data is observed.Предложена математическая модель, позволяющая описывать зависимость величины сорбции ионитами протонизирующихся в водных растворах щелочных соединений (на примере аммиака, моно-, диитриэтиламина). Для этих веществ экспериментально определены константы Генри. Модель учитывает концентрацию и кислотно-основные свойства сорбата, относительную влажность воздуха, кислотно-основные свойства и обменную емкость ионита, доступность функциональных групп для взаимодействия в условиях ограниченной проницаемости полимерного ионита. Показано хорошее соответствие рассчитанных по модели и экспериментальных данных по сорбции аммиака и этиламинов из воздуха волокнистыми карбоксильным и сульфоионитом

Синтез и изучение окислительно-восстановительных свойств некоторых производных ферроцена циклической вольтамперометрией и методом PM7

The synthesis of some ferrocene derivatives and investigation of their redox properties by cyclic voltamperometry and PM7 methods has been described.Описан синтез и изучены окислительно-восстановительные свойства некоторых производных ферроцена с использованием методов циклической вольтамперометрии и РМ7

Квантово-химическое моделирование метотрексат-фуллереноловых радионуклидных агентов терапии онкологических заболеваний

In order to therapeutically destroy cancer neoplasms, chemotherapy or radiotherapy are commonly used. In the isotope medicine, however, medical isotopes of the short-lived radionuclides are injected into the tumor (59Fe, 90Y, 95Zr, 99mTc, 106Ru, 114*In, 147Eu, 148Eu, 155Eu, 170Tm, 188Re, 210Po, 222Rn, 230U, 237Pu, 240Cm, 241Cm, 253Es). Binary, or neutroncapturing, technology is a technology developed for the selective effect on malignant tumors and using a tropic to tumors preparations containing non-radioactive nuclides (10B, 113Cd, 157Gd et. al.). Triadic technology is a sequential administration of a combination of two or more separately inactive and harmless components tropic to tumor tissues that can selectively accumulate in them or react with each other to destroy tumors under certain external impacts. The aim of this work is the quantum-chemical modeling of the electronic structure and the analysis of the thermodynamic stability of the new methotrexate containing nanoscale fullerenolic radionuclide tumor-fghting agents. The need for preliminary studies on modeling of such objects is caused by the very high labor intensity, cost and complexity of their practical preparation.С целью терапевтического уничтожения онкологических новообразований обычно применяют химиотерапию или лучевую терапию, а в изотопной медицине – вводят в опухоль соответствующие короткоживущие радионуклиды (59Fe, 90Y, 95Zr, 99mTc, 106Ru, 114*In, 147Eu, 148Eu, 155Eu, 170Tm, 188Re, 210Po, 222Rn, 230U, 237Pu, 240Cm, 241Cm, 253Es). Бинарная (или нейтронозахватная) – технология, разработанная для избирательного воздействия на злокачественные новообразования и использующая тропные к опухолям препараты, содержащие нерадиоактивные нуклиды (10B, 113Cd, 157Gd и др.) Триадная – последовательное введение в организм комбинации из двух и более, по отдельности неактивных и безвредных компонентов, тропных к опухолевым тканям и способных в них селективно накапливаться или вступать друг с другом в химическое взаимодействие и уничтожать опухолевые новообразования под действием определенных сенсибилизирующих внешних воздействий. Целью настоящей работы является квантово-химическое моделирование электронной структуры и анализ термодинамической устойчивости новых метотрексатсодержащих фуллереноловых радионуклидных наноразмерных агентов-истребителей опухолевых новообразований. Необходимость предварительных исследований по моделированию такого рода объектов обусловлена очень высокой трудоемкостью, стоимостью и сложностью их практического получения

Квантово-химическое моделирование доксорубицин-фуллереноловых агентов терапии онкологических заболеваний

In order to therapeutically destroy neoplasms, chemotherapy or radiotherapy is usually applied, and in isotope medicine short-lived radionuclides are injected into the tumor (59Fe, 90Y, 95Zr, 99mTc, 106Ru, 114*In, 147Eu, 148Eu, 155Eu, 170Tm, 177mLu, 188Re, 210Po, 222Rn, 230U, 237Pu, 240Cm, 241Cm, 253Es). Binary (or neutron capture) therapy is a technology designed to selectively treat malignant tumors and using drugs tropic to tumors containing non-radioactive nuclides (10B, 113Cd, 157Gd at al.). Triadic therapy is the sequential introduction into the body of a combination of two or more separately inactive and harmless components, tropic to tumor tissues and capable of selectively accumulating in them or entering into chemical interaction with each other and destroying tumor neoplasms under certain sensitizing external influences. The aim of this work is to quantum-chemically simulate the electronic structure and to analyze the thermodynamic stability of new doxorubicino-fullerenol agents for the treatment of tumor neoplasms. The need for preliminary studies on the modeling of such objects is due to the extremely high labor intensity, cost and complexity of their practical production.С целью терапевтического уничтожения злокачественных новообразований обычно применяют хирургическое вмешательство, химиоили лучевую терапию, а в изотопной медицине вводят в опухоль соответствующие короткоживущие радионуклиды (59Fe, 90Y, 95Zr, 99mTc, 106Ru, 114*In, 147Eu, 148Eu, 155Eu, 170Tm, 177mLu, 188Re, 210Po, 222Rn, 230U, 237Pu, 240Cm, 241Cm, 253Es). Бинарная (или нейтронозахватная) терапия – технология, разработанная для избирательного воздействия на злокачественные новообразования и использующая тропные к опухолям препараты, содержащие нерадиоактивные нуклиды (10B, 113Cd, 157Gd и др.). Триадная терапия – последовательное введение в организм комбинации из двух и более по отдельности неактивных и безвредных компонентов тропных к опухолевым тканям и способных в них селективно накапливаться или вступать друг с другом в химическое взаимодействие и уничтожать опухолевые клетки под действием определенных сенсибилизирующих внешних воздействий. Цель работы – квантово-химическое моделирование электронной структуры и анализ термодинамической устойчивости новых доксорубицин-фуллереноловых агентов терапии злокачественных новообразований. Необходимость предварительных исследований по моделированию такого рода объектов обусловлена чрезвычайно высокой трудоемкостью, стоимостью и сложностью их практического получения