NMR-parametrien mallinnus jaksollisille 2D-hiilinanosysteemeille

Abstract

Tutkielmassa tutustutaan teoriaan, jota tarvitaan jaksollisten 2D-hiilinanosysteemien NMR-parametrien mallintamiseen. Esimerkkejä tasomaisista hiilinanosysteemeistä ovat grafeeni ja hydrogenoitu grafeeni eli grafaani. Olennainen osa tarvittavasta teoriasta on tiheysfunktionaaliteoria eli DFT, joka mahdollistaa erilaisten systeemien ominaisuuksien määrittämisen elektronitiheyden avulla. Varsinaisen laskennallisen NMR-tutkimuksen kannalta DFT-teoriaa tarvitaan tutkittavan systeemin geometrian optimoimiseen ja NMR-parametrien määritykseen. Kun DFT-teoriaa käytetään, on syytä kiinnittää huomiota vaihto- ja korrelaatiofunktionaaliin ja käytettyihin kantajoukkoihin sekä kiinteiden aineiden tapauksessa lisäksi niin sanottuun ylärajaenergiaan, k-pisteytykseen sekä pseudopotentiaaleihin.

Jaksollisten hiilinanosysteemien NMR-parametrien laskemista on mahdollista lähestyä klusterimenetelmällä, jossa kiinteä aine mallinnetaan molekyylinä. Kun systeemin jaksollisuudesta ei haluta luopua, käytettävä menetelmä on GIPAW (Gauge Including Projector Augmented Wave). Esimerkiksi grafaanin tapauksessa laaja-alaiset laskennalliset NMR-parametrit ovat toivottu lisä tukemaan erilaisia kokeellisia tutkimuksia.