Structural and electronic properties of small anionic magnesium clusters

Abstract

The main objective of this Master DegreeWork is to analyze the structural and electronic properties of small magnesium cluster anions employing computational techniques, and to reproduce and interpret experimental measurements reported for this physical system. In a first step, we will locate the global minimum structures of Mg-N cluster anions wirh N = 3 - 38 atoms, by employing first-principles (ab initio) computational techniques based on DFT (Density Functional Theory) as a method to solve the electronic problem. Our theoretical stabilities succeed in reproducing the relative cluster abundances measured by mass spectroscopy techniques. Finally, we report a detailed analysis of several electronic indicators (ionization potential, band gap, density of electronic states, etc.), aimed at reproducing experimental photoemission spectra and assessing the evolution of metallic behavior in Mg clusters of increasing size. In general, we conclude that our theoretical results are in good agreement with experimental measurements.

El objetivo de este Trabajo de Fin de Máster consiste en aplicar técnicas de simulación computacional para analizar las propiedades electrónicas y estructurales de pequeños agregados aniónicos de magnesio, intentando reproducir e interpretar físicamente medidas experimentales realizadas previamente sobre dicho sistema. Para ello, obtendremos en un primer paso las estructuras de mínima energía de agregados Mg-N con N = 3 - 38 átomos, utilizando un método de primeros principios (ab initio) basado en la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT, por "Density Functional Theory") para resolver el problema electrónico. Con las energías calculadas, se consigue reproducir e interpretar las abundancias relativas de estos agregados, medidas en espectros de masas. Finalmente, ofreceremos un análisis de diversas propiedades electrónicas (potencial de ionización, salto de banda, densidad de estados electrónicos, etc.) con el objetivo de estudiar el comportamiento metálico de estos agregados e interpretar espectros foto-electrónicos publicados en trabajos previos. En general, observamos un muy buen acuerdo con los resultados experimentales disponibles.