ساختارهاي لبه K كربن در بلورهاي مولكولي از محاسبات برپايه اصول اوليه: مقايسه بين فنانترين و آنتراسين

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

ا استفاده از محاسبات ابتدا به ساكن بر پايه روش موج ‌تخت به ‌ساخته خطي با پتانسيل كامل (FPLAPW) طيف اتلاف انرژي نزديك لبه (ELNES) براي لبهk اتم‌هاي كربن در بلور مولكولي فنانترين و ايزومر آن، آنتراسين، محاسبه شد. در اين دو ساختار، اتم‌هاي كربن غيرمعادل طيف‌هاي اتلاف متفاوتي نزديك لبه نمايش مي‌دهند، كه اين نتيجه‌اي از طول پيوند متفاوت كربن- كربن به ‌عنوان رفتار مشخصه‌اي براي بلورهاي مولكولي است. طول‌هاي پيوند كوتاه‌تر ساختارهاي طيفي در ELNES را به انرژي‌هاي بالاتر هل مي‌دهند. در آنتراسين، مكان انرژي آستانه لبه به‌ دليل گاف نواري كمتر در انرژي‌هاي پايين‌تر ظاهر مي‌شود. در آستانه لبه K كربن در آنتراسين، يك شكافتگي قوي براي بيشينه ساختاري π* به دو بيشينه ساختاري قابل مشاهده است. در مقايسه با لبه K كربن در آنتراسين، به ‌دليل طول پيوند بزرگ‌تر كربن- كربن در فنانترين، مكان بيشينه ساختار اصلي σ يك جابه‌جايي قرمز نشان مي‌دهد. طيف اتلاف فنانترين بلوري شامل انتقال الكترون از اوربيتال s1 كربن به حالت‌هاي π* و σ* است. در آنتراسين، دو ساختار اول كه داراي بيشترين شدت مي‌باشند، سهم‌هايي از اوربيتال‌هاي π* را شامل مي‌شوند. احتساب تقريب حفره مغزه با استفاده از ابرياخته‌ها و نيز تنظيم نيم‌‌زاويه جمع‌ كننده در مقدار جادويي آن براي حصول طيف‌هاي ELNES منطقي و قابل‌قبول ضروري است.

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.