Безградиентная параллельная оптимизация геометрии кластера Bi 3+ 5 и его люминесцентные свойства

Авторы

  • А.Н. Романов
  • В.Б. Сулимов
  • И.В. Офёркин
  • А.В. Сулимов
  • Е.Д. Масленников

Ключевые слова:

безградиентная оптимизация
поликатионы висмута
квантовая химия
параллельные вычисления
спин-орбитальное взаимодействие
конфигурационное взаимодействие
фотолюминесценция ближнего ИК-диапазона
субвалентный висмут

Аннотация

Представлены результаты квантово-химических расчетов энергий основного и возбужденных состояний поликатиона висмута Bi 3+ 5. �Найдены геометрии поликатиона, соответствующие минимумам энергии возбужденных состояний. В расчетах использован метод СО-КВ (спин-орбитальное конфигурационное взаимодействие). Для оптимизации энергий возбужденных состояний кластера Bi 3+ 5 �предложен безградиентный алгоритм нахождения минимума и разработана программа, реализующая этот алгоритм в режиме параллельных вычислений на нескольких ядрах. Показано существенное влияние эффекта Яна-Теллера на люминесцентные свойства поликатиона висмута Bi 3+ 5.

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2012-09-06

Выпуск

Том 13 (2012): Выпуск 2.

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Авторы

А.Н. Романов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
Научно-исследовательский вычислительный центр
Ленинские горы, 119991, Москва
• ведущий научный сотрудник

В.Б. Сулимов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
Научно-исследовательский вычислительный центр
Ленинские горы, 119991, Москва
• заведующий лабораторией

И.В. Офёркин

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
Научно-исследовательский вычислительный центр
Ленинские горы, 119991, Москва
• программист

А.В. Сулимов

ООО «Димонта»
ул. Нагорная, 15-8, 117186, Москва
• системный программист

Е.Д. Масленников

ООО «Димонта»
ул. Нагорная, 15-8, 117186, Москва
• программист

Библиографические ссылки

  1. Dianov E.M. Bi-doped glass optical fibers: is it a new breakthrough in laser materials? // J. Non-Cryst. Solids. 2009. 355, № 37-42. 1861-1864.
  2. Fujimoto Y., Nakatsuka M. Optical amplification in bismuth-doped silica glass // Appl. Phys. Lett. 2003. 82, N 19. 3325-3326.
  3. Arai Y., Suzuki T., Ohishi Y., Morimoto S., Khonthon S. Ultrabroadband near-infrared emission from a colorless bismuth-doped glass // Appl. Phys. Lett. 2007. 90, N 26. 261110-1-261110-3.
  4. Meng X., Qiu J., Peng M., Chen D., Zhao Q., Jiang X., Zhu C. Near infrared broadband emission of bismuth-doped aluminophosphate glass // Optics Express. 2005. 13, N 5. 1628-1634.
  5. Peng M., Qiu J., Chen D., Meng X., Zhu C. Broadband infrared luminescence from Li_2O-Al_2O_3-ZnO-SiO_2 glasses doped with Bi_2O_3 // Optics Express. 2005. 13, N 8. 6892-6898.
  6. Ren J., Qiu J., Chen D., Wang C., Jiang X., Zhu C. Infrared luminescence properties of bismuth-doped barium silicate glasses // J. Mater. Res. 2007. 22, N 7. 1954-1958.
  7. Peng M., Zollfrank C., Wondraczek L. Origin of broad NIR photoluminescence in bismuthate glass and Bi-doped glasses at room temperature // J. Phys. Condens. Mater. 2009. 21, N 28. 285106.
  8. Sun H.-T., Sakka Y., Gao H., Miwa Y., Fujii M., Shirahata N., Bai Z., Li J.-G. Ultrabroad near-infrared photoluminescence from Bi_5(AlCl_4)_3 crystal // J. Mater. Chem. 2011. 21, N 12. 4060-4063.
  9. Sun H.-T., Sakka Y., Fujii M., Shirahata N., Gao H. Ultrabroad near-infrared photoluminescence from ionic liquids containing subvalent bismuth // Opt. Lett. 2011. 36, N 2. 100-102.
  10. Romanov A.N., Fattakhova Z.T., Zhigunov D.M., Korchak V.N., Sulimov V.B. On the origin of near-IR luminescence in Bi-doped materials (I). Generation of low-valence bismuth species by Bi^3+ and Bi^0 synproportionation // Optical Mater. 2011. 33, N 2. 631-634.
  11. Romanov A.N., Fattakhova Z.T., Zhigunov D.M., Buchnev L., Korchak V.N., Sulimov V.B. IR luminescence from subvalent bismuth in phosphate glass and glassceramic matrices: a new insight into the nature of luminescent Bi species // Online Digest of the 2011 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe and the 12th European Quantum Electronics Conference (CLEOо/Europe-EQEC 2011). 22-26 May 2011. Munich, Germany. IEEE Catalog Number: CFP11ECL-ART. ISBN: 978-1-4577-0532-8. CE.P.4 WED.
  12. Romanov A.N., Haula E.V., Fattakhova Z.T., Veber A.A., Tsvetkov V.B., Zhigunov D.M., Korchak V.N., Sulimov V.B. Near-IR luminescence from subvalent bismuth species in fluoride glass // Optical Mater. 2011. 34, N 1. 155-158.
  13. Romanov A.N., Fattakhova Z.T., Veber A.A., Usovich O.V., Haula E.V., Korchak V.N., Tsvetkov V.B., Trusov L.A., Kazin P.E., Sulimov V.B. On the origin of near-IR luminescence in Bi-doped materials (II). Subvalent monocation Bi+ and cluster Bi_5^3+ luminescence in AlCl_3/ZnCl_2/BiCl_3 chloride glass // Optics Express. 2012. 20, N 7. 7212-7220.
  14. Bjerrum N.J, Boston C.R., Smith G.P. Lower oxidation states of bismuth. Bi^+ and Bi_5^3+ in molten salt solution // Inorg. Chem. 1967. 6, N 6. 1162-1172.
  15. Ulvenlund S., Bengtsson-Kloo L., Stahl K. Formation of subvalent bismuth cations in molten gallium trichloride and benzene solutions // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1995. 91, N 23. 4223-4234.
  16. Романов А.Н., Кондакова О.А., Втюрина Д.Н., Сулимов А.В., Сулимов В.Б. Расчет параметров возбуждения состояний поликатиона Bi_5^3+ методом спин-орбитального конфигурационного взаимодействия // Вычислительные методы и программирование. 2011. 12, № 2. 198-204.
  17. Ichikawa K., Yamanaka T., Takamuku A., Glaser R. Neutron diffraction of homopolyatomic bismuth ions in liquid Bi_5(AlCl_4)_3 and ab initio study of the structure and bonding of the isolated Bi_5^3+ ion // Inorg. Chem. 1997. 36, N 23. 5284-5290.
  18. Hooke R., Jeeves T.A. «Direct search» solution of numerical and statistical problems // J. of the Association for Computing Machinery (ACM). 1961. 8, N 2. 212-229.
  19. Kelley C. Iterative methods for optimization. Philadelphia: SIAM, 1999.
  20. Powell M.J. D. On search directions for minimization algorithms // Mathem. Programming. 1973. 4. 193-201.
  21. Werner H.-J., Knowles P.J., Lindh R., Manby F.R., et al. MOLPRO, version 2006.1 (http://www.molpro.net).
  22. Knowles P.J., Werner H.-J. Internally contracted multiconfiguration-reference configuration interaction calculations for excited states // Theor. Chim. Acta. 1992. 84. 95-103.
  23. Jensen F. Introduction to computational chemistry. Chichester: Wiley, 2007.