Molecular Dynamics Simulations of Cyclopentadienyl Complexes of Barium

Abstract

Cyclopentadienyl complexes of barium have great efficacy in material science and engineering. Especially, they are used as precursors in the atomic layer deposition processes, which are required to be fluidic and also volatile and thermally stable. In this paper, we used molecular dynamics simulations of nanoscale droplets to investigate the liquid-like properties of cyclopentadienyl barium complexes including (Me5C5)2Ba,(tBu3C5H2)2Ba, (iPr4C5H)2Ba, (iPr5C5)2Ba, and [(SiMe3)3C5H2]2Ba. The compounds were modeled by GFN-FF which is recently developed generic force field. About 5.0 nm diameters of nanoscale droplets were formed by gathering 96 molecules of each compound. Simulation outcomes reveal that replacing methyl groups of (Me5C5)2Ba with other alkyl and silyl moieties has a non-minor effect on intra- and intermolecular structure and dynamics. Especially, in contrast to more flexible (Me5C5)2Ba, the replacement with five iso-propyl groups to form (iPr5C5)2Ba brings rigidity to the complex with restricted orientational fluctuations for two cyclopentadienyl ligands and arranges molecules parallel to each other with greater probability. Furthermore, comparison between (tBu3C5H2)2Ba with three tert-butyl groups, and its silyl analogue [(SiMe3)3C5H2]2Ba, result in wider radial distribution functions. Indicating that intermolecular interactions between the molecules with tert-butyl groups are harder than those with silyl groups, whereas the dynamic properties are similar for both compounds. This work suggests the molecular-level understanding on effect of chemical replacement in organometallic compounds on the intra- and intermolecular properties of molecular liquids with molecular dynamics simulations. This paper is written based on my published paper and used the same data.;바륨 싸이클로펜타디에닐 착물은 재료과학이나 공학분야에서 효용성이 높은 물질이다. 또한, 유동성과 휘발성이 있어야 하고 온도변화에 안정적이어야 하는 전구체로써 원자 층 증착 과정에 이용된다. 이번 논문에서는 나노 크기의 작은 방 울을 분자동역학 시뮬레이션에 이용하여 (Me5C5)2Ba, (tBu3C5H2)2Ba, (iPr4C5H)2Ba, (iPr5C5)2Ba,[(SiMe3)3C5H2]2Ba 을 포함한 바륨 싸이클로펜타디에 닐 착물의 액체 같은 특성에 대해 연구할 것이다. 화합물들은 최근에 개발된 GFN-FF라는 포괄적인 포스필드를 이용하여 설계되었다. 시뮬레이션 결과 (Me5C5)2Ba의 메틸기들을 다른 알킬기나 실릴기로 치환하게 되면 분자내, 분자간 의 구조와 역학에 무시할 수 없는 효과가 나타난다는 것을 발견했다. 특히나, 유 연한 (Me5C5)2Ba에 비해, (iPr4C5H)2Ba를 만들기 위해 메틸기 다섯개를 이소 프 로필로 치환하게 되면 두개의 싸이클로펜타디에닐 리간드의 배향 변동을 제한하 기 때문에 착물이 견고해지고 높은 확률로 분자들이 평행하게 정렬하게 한다. 또 한, 제3 부틸기를 가진 (tBu3C5H2)2Ba와 실릴기를 가진 [(SiMe3)3C5H2]2Ba를 비 교해본 결과, 동역학적인 특성은 비슷했지만, 실릴기를 가진 [(SiMe3)3C5H2]2Ba 의 동경분포 함수가 제3 부틸기를 갖고 있는 (tBu3C5H2)2Ba보다 더 넓은 분포를 띄고 있었다. 이는 실릴기를 가진 분자들의 분자간 상호작용이 제3 부틸기를 가 진 분자들 보다 더 부드럽다는 사실을 보여주는 것이었다. 이 논문은 분자 동역학 시뮬레이션이 액체상태의 유기금속 화합물들의 화학적 치환의 영향에 따른 분자 내, 분자간 특성들을 분자수준에서 이해하는데 이바지 할 것이다.