QUASI-TWO-DIMENSIONAL ORGANIC CONDUCTOR к-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Cl. CONFORMATIONAL DISORDER AND CHARGE STRUCTURE OF CONDUCTING LAYERS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Using X-ray diffraction analysis (XRD), Raman spectroscopy (RS), and quantum chemical calculations, the features of temperature behavior of thermally activated conformational disorder of terminal ethylene groups C2H4 of BEDT-TTF (or ET) molecules in crystals of quasi-two-dimensional organic conductor к-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Cl were studied at temperatures from 112 K to 289 K. During slow cooling at a rate of –4 K/hour and steps of 10 K, crystal lattice parameters were measured and complete structural analysis was performed for characteristics temperatures. Crystal structure parameters show anomalous temperature behavior in the interval 175–250 К, in the same region an anomaly is observed in the behavior of intramolecular vibration frequencies of the ET molecule, which is associated with changes in the degree of conformational disorder. Based on the obtained structural data, the influence of the observed disorder on the electronic structure of the conducting layer was analyzed using quantum chemical modeling methods. In particular, the results of calculations using the semi- empirical extended Hückel method with a basis set optimized for the given system allowed determining the nature of electron density distribution both within the dimer and within the layer depending on the configuration of terminal ethylene groups. The main types of charge redistribution between molecules in the dimer ET2 were identified. It is shown how the population of configurations and the degree of dimer polarization affect the stability of different types of charge ordering within the conducting layer and, ultimately, the conductive properties of the crystal.

About the authors

A. V. Kuz'min

Osipyan Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Sciences; National Research University "Higher School of Economics"

Email: kuzminav@issp.ac.ru
Russian Federation, Chernogolovka, 142432; Moscow, 119048

E. I. Khasanova

Osipyan Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Sciences

Email: kuzminav@issp.ac.ru
Russian Federation, Chernogolovka, 142432

K. P. Meletov

Osipyan Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Sciences

Email: kuzminav@issp.ac.ru
Russian Federation, Chernogolovka, 142432

V. N. Zverev

Osipyan Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Sciences

Email: kuzminav@issp.ac.ru
Russian Federation, Chernogolovka, 142432

C. C. Khasanov

Osipyan Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Sciences; National Research University "Higher School of Economics"

Author for correspondence.
Email: kuzminav@issp.ac.ru
Russian Federation, Chernogolovka, 142432; Moscow, 119048

References

  1. T. G. Prokhorova and E. B. Yagubskii, Russ. Chem. Rev. 86, 164 (2017).
  2. J. M. Williams, A. J. Schultz, U. Geiser et al., Science 252, 1501 (1972).
  3. E. B. Yagubskii, N. D. Kushch, A.V. Kazakova et al.,
  4. J. Exp. Theor. Phys. Lett. 82, 93 (2005).
  5. V. N. Zverev, A.I. Manakov, S. S. Khasanov et al., Phys. Rev. B 74, 104504 (2006).
  6. Y. Huang, Y. Hu, and S. Ren, Appl. Mater. Today 29, 101569 (2022).
  7. C. Hotta, Phys. Rev. B 82, 241104 (2010).
  8. N. Hassan, S. Cunningham, M. Mourigal et al., Science 360, 1101 (2018).
  9. J. Muller, M. Lang, F. Steglich et al., Phys. Rev. B 65, 144521 (2002).
  10. T. Hiramatsu, Y. Yoshida, G. Saito et al., J. Mater. Chem. C 3, 1378 (2014).
  11. J. Muller, M. Lang, F. Steglich et al., J. De Physique Iv. Proc. 114, 341 (2004).
  12. C. A. Angell, Science 267, 1924 (1995).
  13. F. Gugenberger, R. Heid, C. Meingast et al., Phys. Rev. Lett. 69, 3774 (1992).
  14. T. Komatsu, T. Nakamura, N. Matsukawa et al., Solid State Commun. 80, 843 (1991).
  15. G. M. Sheldrick, Acta Crystallogr Sect. Found Adv. 71, 3 (2015).
  16. G. M. Sheldrick, Acta Crystallogr Sect. C Struct. Chem. 71, 3 (2015).
  17. H. J. Monkhorst and J. D. Pack, Phys. Rev. B 13, 5188 (1976).
  18. F. Neese, Wiley Interdiscip. Rev. Comput. Mol. Sci. 2, 73 (2012).
  19. R. Ditchfield, W. J. Hehre and J. A. Pople, J. Chem. Phys. 54, 724 (1971).
  20. Y. Saito, A. Lohle, A. Kawamoto et al., Crystals 11, 817 (2021).
  21. D. Cvijovic, Theor. Math. Phys. 166, 37 (2011).
  22. D. P. Shoemaker, D. Y. Chung, H. Claus et al., Phys. Rev. B 86, 184511 (2012).
  23. J. M. Williams, A. M. Kini, H. H. Wang et al., Inorg. Chem. 29, 3272 (1990).
  24. Y. V. Sushko, V. A. Bondarenko, R. A. Petrosov et al., J. Phys. II 1, 1015 (1991).
  25. H. O. Jeschke, M. de Souza, R. Valenti et al., Phys. Rev. B 85, 035125 (2012).
  26. C. G. Darwin, Philos. Mag. Ser. 6 43, 800 (1922).
  27. E. Arnold and D. M. Himmel, International Tables for Crystallography Volume F: Crystallography of Biological Macromolecules, John Wiley & Sons Ltd., (2011).
  28. D. H. Juers, C. A. Farley, C. P. Saxby et al., Acta Crystallogr. Sect. D 74, 922 (2018).
  29. D. H. Juers, J. Lovelace, H. D. Bellamy et al., Acta Crystallogr. Sect. D 63, 1139 (2007).
  30. A. Vahedi-Faridi, J. Lovelace, H. D. Bellamy et al., Acta Crystallogr. Sect. D 59, 2169 (2003).
  31. U. Shmueli, International Tables for Crystallography. Volume B: Reciprocal Space, Springer (2001).
  32. K. Miyagawa, A. Kawamoto, Y. Nakazawa et al., Phys. Rev. Lett. 75, 1174 (1995).
  33. M. A. Tanatar, T. Ishiguro, T. Kondo et al., Phys. Rev. B 59, 3841 (1999).
  34. P. Wzietek, H. Mayaffre, D. Jerome et al., J. Phys. 6, 2011 (1996).
  35. P. Wzietek, H. Mayaffre, D. Jerome et al., Synthetic Met. 85, 1511 (1997).
  36. X. Su, F. Zuo, J. A. Schlueter et al., Phys. Rev. B 57, R14056 (1998).
  37. S. Yasin, M. Dumm, B. Salameh et al., Eur. Phys. J. B 79, 383 (2011).
  38. P. Nagel, V. Pasler, C. Meingast et al., Phys. Rev. Lett. 85, 2376 (2000).
  39. T. Yamamoto, M. Uruichi, K. Yamamoto et al., J. Phys. Chem. B 109, 15226 (2005).
  40. K. Yakushi, Crystals 2, 1291 (2012).
  41. H. H. Wang, J. R. Ferraro, J. M. Williams et al., J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1893 (1994).
  42. I. Olejniczak, B. Barszcz, P. Auban-Senzier et al., J. Phys. Chem. C 126, 1890 (2022).
  43. L. A. Hess and P. N. Prasad, J. Chem. Phys. 72, 573 (1980).
  44. S. Tomic, M. Pinteric, T. Ivek et al., J. Phys.: Condens. Matter 25, 436004 (2013).
  45. L. A. Girifalco, Statistical Mechanics of Solids, Oxford University Press, (2000).
  46. L. Bellaiche and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 61, 7877 (2000).
  47. P. Soven, Phys. Rev. 156, 809 (1967).
  48. G. Landrum, YAeHMOP 3.0 (2023).
  49. R. S. Mulliken, J. Chem. Phys. 23, 1833 (1955).
  50. H. Nishioka and K. Ando, J. Chem. Phys. 134, 1 (2011).
  51. A. Biancardi, S. C. Martin, C. Liss et al., J. Chem. Theory Comput. 13, 4154 (2017).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».