Density functional study of silicon carbide cluster cations C₄⁺, C₃Si⁺, C₂Si₂⁺, CSi₃⁺ and Si₄⁺

¹ Laboratoire de dynamique moléculaire photonique, Lira CNRS 779, centre d’études et de recherches lasers et applications, université de Lille I, bât P5, 59655 Villeneuve d'Ascq cedex, France.
² Département de physique, faculté des sciences d’Amiens, 80039 Amiens cedex, France.

Abstract

In this work, we present the results of calculations, based on density functional theory, of the lowest states energy, electronic structure, dipole moments and harmonic vibrational frequencies for various geometrical arrangements of the four-membered silicon-carbide cations. For C₄⁺, the linear and the rhomboidal forms are quasi degenerated. The C₃Si⁺ and Si₄⁺ species exhibit a rhomboidal structure while a linear one is favored for C₂Si₂⁺ Finally the CSi₃⁺ ground state is a symmetric T-shaped structure with a central C atom. A comparative analysis of the total atomic charge repartition in the three and four atoms clusters leads to a coherent scheme of the equilibrium geometry found for the ground state of the different clusters. Tendency rules for the reactivity of the silicon atoms are finally presented.

Résumé

Dans ce travail, nous avons calculé par les méthodes de fonctionnelle de la densité, les géométries d'équilibre, les moments dipolaires et les fréquences vibrationnelles des plus bas états électroniques des cations silico carbonés à quatre atomes, correspondant aux conformations géométriques les plus probables. Pour C₄⁺, les géométries linéaire et cyclique sont quasi dégénérées. SiC₃⁺ et Si₄⁺ possèdent une structure cyclique dans leur état fondamental, Si₂C₂⁺ est linéaire, tandis que SiC₃⁺ possède une structure T symétrique avec un atome central de carbone. L'analyse comparative de la répartition de la charge atomique pour les clusters à trois et quatre atomes fournit un schéma cohérent qui permet de comprendre la structure géométrique des états fondamentaux. Enfin, nous présentons quelques régies générales concernant la réactivité des atomes de silicium.