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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 10 / Mathematik und Naturwissenschaften  → Institut für Physik  → Theoretische Physik/Theoretische Atom- und Molekülphysik  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-1578

Titel: Adsorption of element 112 on a Au surface
Autor(en): Sarpe-Tudoran, Cristina
Schlagworte (SWD): VielkörperproblemDichtefunktionalformalismus
Klassifikation (DDC): 530 - Physik (Physics)
Issue Date: 2004
Herausgeber: kassel university press
Zusammenfassung: Während der letzten 20 Jahre hat sich das Periodensystem bis zu den Elementen 114 und 116 erweitert. Diese sind kernphysikalisch nachgewiesen, so dass jetzt die chemische Untersuchung an erster Selle steht. Nachdem sich das Periodensystem bis zum Element 108 so verhält, wie man es dem Periodensystem nach annimmt, wird in dieser Arbeit die Chemie des Elements 112 untersucht. Dabei geht es um die Adsorptionsenergie auf einer Gold-Ober fläche, weil dies der physikalisch/chemische Prozess ist, der bei der Analyse angewandt wird. Die Methode, die in dieser Arbeit angwandt wird, ist die relativistische Dichtefunktionalmethode. Im ersten Teil wird das Vielkörperproblem in allgemeiner Form behandelt, und im zweiten die grundlegenden Eigenschaften und Formulierungen der Dichtefunktionaltheorie. Die Arbeit beschreibt zwei prinzipiell unterschiedliche Ansätze, wie die Adsorptionsenergie berechnet werden kann. Zum einen ist es die sogenannte Clustermethode, bei der ein Atom auf ein relativ kleines Cluster aufgebracht und dessen Adsorptionsenergie berechnet wird. Wenn es gelingt, die Konvergenz mit der Größe des Clusters zu erreichen, sollte dies zu einem Wert für die Adsorptionsenergie führen. Leider zeigt sich in den Rechnungen, dass aufgrund des zeitlichen Aufwandes die Konvergenz für die Clusterrechnungen nicht erreicht wird. Es werden sehr ausführlich die drei verschiedenen Adsorptionsplätze, die Top-, die Brücken- und die Muldenposition, berechnet. Sehr viel mehr Erfolg erzielt man mit der Einbettungsmethode, bei der ein kleiner Cluster von vielen weiteren Atomen an den Positionen, die sie im Festkörpers auf die Adsorptionsenergie soweit sichergestellt ist, dass physikalisch-chemisch gute Ergebnisse erzielt werden. Alle hier gennanten Rechnungen sowohl mit der Cluster- wie mit der Einbettungsmethode verlangen sehr, sehr lange Rechenzeiten, die, wie oben bereits erwähnt, nicht zu einer Konvergenz für die Clusterrechnungen ausreichten. In der Arbeit wird bei allen Rechnungen sehr detailliert auf die Abhängigkeit von den möglichen Basissätzen eingegangen, die ebenfalls in entscheidender Weise zur Länge und Qualität der Rechnungen beitragen. Die auskonvergierten Rechnungen werden in der Form von Potentialkurven, Density of States (DOS), Overlap Populations sowie Partial Crystal Overlap Populations analysiert. Im Ergebnis zeigt sich, dass die Adsoptionsenergie für das Element 112 auf einer Goldoberfläche ca. 0.2 eV niedriger ist als die Adsorption von Quecksilber auf der gleichen Ober fläche. Mit diesem Ergebnis haben die experimentellen Kernchemiker einen Wert an der Hand, mit dem sie eine Anhaltspunkt haben, wo sie bei den Messungen die wenigen zu erwartenden Ereignisse finden können.The recent synthesis of element 104 to 116 attracts new interest in the field of the Super Heavy Elements (SHE) research. Once the SHE were synthesized, the question arises if they behave as their homologues in the Periodic Table. By now it is experimentally confirmed that up to Hassium, element 108, this property is perfectly accomplished by all SHE. The production of isotopes with half-lives of 30 min for element 112 justifies chemical experiments for it to be done. Using the gas-phase-chromatography technique the adsorption energy of element 112 on a Au surface is aimed to be measured. In this work the relativistic density functional method is used in order to calculate this quantity. The many-body problem is generally described in the first chapter, and in the second the principle and general formulation of the Density Functional Theory is presented. This work describes two different approximations for the calculation of the adsorption energy. The first one is the so-called cluster method, in which the surface is modeled by a relatively small cluster and the adsorption energy of the ad-atom on it is calculated. All the three possible adsorption site on a (100) fcc surface were taken into account: the top-, bridge-, and hollow-position. To obtain the adsorption energy the convergence with the cluster size has to be checked. Unfortunately, due to the long computation time necessary for the self-consistent calculations, this convergence with the number of atoms in the cluster was not achieved. The use of the embedding method was more sucessfully. Within this method a small cluster is embedded in a bigger one, formed by Au atoms placed in the (100) fcc lattice points. The atoms in the environment cluster are not treated self-consistently during the relativistic calculations, but they will produce an external potential and will contribute to the exchange correlation energy of the inner system. This procedure allows to take into account the influence of a bigger gold solid to the adsorption energy and gives a good description of the physical/chemical properties of the chemisorption process. A large amount of time and computer memory size is required in all these calculations, for both cluster and embedding method. As mentioned above, the convergence with the cluster size for the cluster calculations was not achieved. This work contains also a detailed description of the influence of the basis on the quality of the results and the duration of the computation. For the cluster considered in the work, the potential energy curves, the total and partial Density of States (DOS) as well as the Partial Crystal Overlap Population are analysed. This analysis shows that the adsorption energy of element 112 on a gold surface is about 0.2 eV smaller than the corresponding value for the adsorption of Hg on the same surface. This result offers a benchmark to the experimentalist for this value, which is helpful in designing the chemical experiment with element 112.
URI: urn:nbn:0002-0920urn:nbn:de:hebis:34-1578
ISBN: ISBN 3-89958-092-3
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