利用Gupta势研究ConCu13-n (n=1～12)混合团簇的基态结构和熔化行为

利用Gupta多体相互作用势结合遗传算法和分子动力学方法模拟研究了ConCu13-n(n==0～13)单质及混合团簇的基态结构和熔化行为,结果表明:ConCu13-n(n=1～12)混合团簇的基态结构均是在单质Co13、Cu13基态二十面体基础之上的畸变,Co原子先占据中心后占据表面,表面上的Co原子总连接在一起,抱团分布;分析二级差分能和混合能发现Co1Cu12、Co7C6具有相对高的稳定性,可视为幻数结构团簇;ConCu13-n(n=1～12)混合团簇的熔点均位于Co13、Cu12单质团簇的熔点之间,且随着Co原子数目的增多总体呈上升趋势,但在n=3时出现反常(熔点降低),这可归因于Co3Cu10的基态与第一激发态之间的能量差远小于Co2Cu11的相应值.     

ConCu(38-n)(n=0～38)团簇基态结构和熔化行为

基于半经验的Gupta多体势采用遗传算法和分子动力学方法并结合模淬火技术,系统研究了ConCu(38-n)(n=0～38)团簇的基态结构与熔化行为．结果表明：除Co7Cu31团簇基态为类Ih结构外,其它ConCu(38-n)混合团簇的基态结构均是在单质Cu38（Co38）的Oh基态结构基础上的畸变;对于混合团簇的基态结构,随Co原子增加均表现出Co原子先占中心后占表面的特征;通过分析基态团簇二阶差分能和混合能表明Co7Cu31和Co14Cu24为幻数结构团簇;ConCu(38-n)混合团簇在熔化过程中均表现出热容曲线无明显宽峰的异常熔化行为;通过对团簇原子等价指数和淬火结构势能分布图对团簇异常熔化行为进行了分析表征,指出在团簇熔化过程中两种动力学稳定结构（类Oh结构与类Ih结构）之间的相互竞争对团簇熔化行为的重要影响．     

ConCu（38-n）（n=0-38）团簇基态结构和熔化行为北大核心CSCD

基于半经验的Gupta多体势采用遗传算法和分子动力学方法并结合模拟淬火技术,系统研究了ConCu（38-n）（n=0-38）团簇的基态结构与熔化行为．结果表明：除Co7Cu31团簇基态为类IA结构外,其它ConCu（38-n）混合团簇的基态结构均是在单质Cuss（Co38）的Oh基态结构基础上的畸变;对于混合团簇的基态结构,随Co原子增加均表现出Co原子先占中心后占表面的特征;通过分析基态团簇二阶差分能和混合能表明Co7Cu31和Co14Cu24为幻数结构团簇;ConCu（38-n）混合团簇在熔化过程中均表现出热容曲线无明显宽峰的异常熔化行为;通过对团簇原子等价指数和淬火结构势能分布图对团簇异常熔化行为进行了分析表征,指出在团簇熔化过程中两种动力学稳定结构（类Oh结构与类IA结构）之间的相互竞争对团簇熔化行为的重要影响．     

Fe-Ni混合团簇基态结构的遗传算法研究

采用半经验的Gupta多体势结合遗传算法对不同组分的FenNim(N=n+m,N=13,38)混合团簇的基态结构和性质进行了模拟研究.结果显示:总原子数为13的混合团簇基态几何构型是基于单质团簇的基态二十面体结构,并且随着Fe原子数的增加表现出Fe原子首先占据中心位置的规律性;对总原子数为38的混合团簇,在轻混合(类掺杂)情形(n≤15,34≤n≤38)下基态几何构型为类似于纯单质团簇基态的截角八面体结构,而在重混合(n=16～33)时基态几何结构表现为不同于单质团簇的类截角二十面体构型;分析二级差分能表明Fe1Ni12、Fe7Ni31及Fe14Ni24具有相对高的稳定性,我们提出了基于有效键数的简化模型以解释此幻数结构序列.     

利用Gupta势结合遗传算法研究ConCu55－n(n=0—55)混合团簇的结构演化及基态能量

采用半经验的Gupta多体势结合遗传算法对Co_nCu_55－n(n=0—55)混合团簇的基态结构和能量进行了研究,发现这些混合团簇的基态结构是在Co₅₅,Cu₅₅单质团簇(Mackay二十面体)的基础之上发生的畸变;从n=0(Cu₅₅)开始,Co原子从中心到表面,从棱到顶点依次、连续替换Cu原子;基态结构与键能较大键的数目及其平均键长有关;Co₁₃Cu₄₂具有最稳定的结构,13个Co原子全部位于团簇内部形成Mackay二十面体对整个团簇的稳定性有显著影响. 关键词： 团簇 结构和能量 Gupta势 遗传算法     

Fe-Ni混合团簇基态结构的遗传算法研究

采用半经验的Gupta多体势结合遗传算法对不同组分的FenNim(N=n+m, N=13,38)混合团簇的基态结构和性质进行了模拟研究。结果显示：总原子数为13的混合团簇基态几何构型是基于单质团簇的基态二十面体结构,并且随着Fe原子数的增加表现出Fe原子首先占据中心位置的规律性;对总原子数为38的混合团簇,在轻混合（类掺杂）情形（ ）下基态几何构型为类似于纯单质团簇基态的截角八面体结构,而在重混合（n=16-33）时基态几何结构表现为不同于单质团簇的类截角二十面体构型;分析二级差分能表明Fe1Ni12、Fe7Ni31及Fe14Ni24具有相对高的稳定性,我们提出了基于有效键数的简化模型以解释此幻数结构序列     

混合团簇Cu12A(A=Fe、Co、Ni)结构及能量特性的密度泛函研究

以Cu13非紧致低对称性基态结构及四种13原子高对称性(Ih、Oh、D5h、D3h)密堆积结构为初始构型,通过不等价位原子替换,利用密度泛函理论系统研究了Cu12A (A=Fe、Co、Ni)混合团簇的结构及能量特性.结果表明:Cu12 A(A=Fe、Co)团簇的基态结构均以Ih替换结构为主,且均倾向于中心位置替代的高对称性结构,而Cu12Ni团簇基态则为与Cu13类似的非紧致低对称性结构;Fe、Co、Ni三者对Cu13基态各不等价位替代结构稳定性序列基本相同,而对四种高对称性结构相应中心替代构型稳定性均高于表面替代构型(且Fe、Co均明显强于Ni);对各混合团簇基态结构均无明显同分异构现象.     

混合团簇Cu12A(A=Fe、Co、Ni)结构及能量特性的密度泛函研究

以Cu13非紧致低对称性基态结构及四种13原子高对称性（Ih、Oh、D5h、D3h）密堆积结构为初始构型，通过不等价位原子替换，利用密度泛函理论系统研究了Cu12A(A=Fe、Co、Ni）混合团簇的结构及能量特性．结果表明：Cu12A(A=Fe、Co)团簇的基态结构均以Ih替换结构为主，且均倾向于中心位置替代的高对称性结构，而Cu12Ni团簇基态则为与Cu13类似的非紧致低对称性结构；Fe、Co、Ni三者对Cu13基态各不等价位替代结构稳定性序列基本相同，而对四种高对称性结构相应中心替代构型稳定性均高于表面替代构型（且Fe、Co均明显强于Ni）；对各混合团簇基态结构均无明显同分异构现象.     

混合团簇Cu13-nAgn(n≤13)基态结构的遗传算法研究

在混合团簇基态结构优化的遗传算法方案中增加了交换算子,结合Gupta紧束缚模型势研究了Cu13-nAgn团簇的最低能量结构,选择合适的交换和杂交概率,可有效地提高优化效率,优化结果表明,Cu13和Ag13是全对称的二十面体,n=1～10的混合团簇能形成稳定结构,其构型是在二十面体基础上发生畸变,Cu原子趋于处在团簇中心,随着Ag原子数目的增加,原子间的平均距离单调增加,团簇的结合能单调减小,Cu2Ag11和CuAg12只存在亚稳结构.     

密度泛函理论研究混合团簇Al12X(X=Sc、Ti、V、Gr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn)的结构和磁性

以四种13原子高对称性(Ih、Oh、D5h、D3h)密堆积结构为初始构型,通过不等价位原子替换,利用密度泛函理论系统研究了Al12 X(X=Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn)掺杂团簇的结构及磁性.结果表明:除Al12 Cr和Al12Fe以外,其它Al12X团簇的基态结构均以Ih替换结构为主,其中前3d元素(X=Sc、Ti、V、Mn)倾向于表面位置替换,而后3d元素(X=Co、Ni、Cu、Zn)则倾向于中心位置替换;Al12 Cr和Al12Fe团簇以Oh结构的表面替换为基态结构;对多数3d元素(X=Ti、V、Cr、Fe、Co、Zn)其掺杂团簇均出现明显的近能同分异构现象;相较纯Al13团簇掺杂团簇普遍体现出磁性增强效应.     

密度泛函理论研究混合团簇Al12X(X=Sc、Ti、V、Gr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn)的结构和磁性

以四种13原子高对称性（Ih、Oh、D5h、D3h）密堆积结构为初始构型,通过不等价位原子替换,利用密度泛函理论系统研究了Al12X(X=Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn）掺杂团簇的结构及磁性．结果表明：除Al12Cr和Al12Fe以外,其它Al12X团簇的基态结构均以Ih替换结构为主,其中前3d元素(X=Sc、Ti、V、Mn)倾向于表面位置替换,而后3d元素(X=Co、Ni、Cu、Zn)则倾向于中心位置替换;Al12Cr和Al12Fe团簇以Oh结构的表面替换为基态结构;对多数3d元素(X=Ti、V、Cr、Fe、Co、Zn)其掺杂团簇均出现明显的近能同分异构现象;相较纯Al13团簇掺杂团簇普遍体现出磁性增强效应．     

（CuAu3）n和（Cu3Au）n（n=1-15）团簇基态能量和结构的Monte Carlo模拟研究

本文采用Monte Carlo方法和Gupta势函数对（CuAu3）n和（Cu3Au）n团簇的基态能量和结构进行了模拟研究,通过计算平均结合能、结合能的一阶差分和二阶差分,分析了团簇的稳定性。结果表明：(Cu3Au)n 和(CuAu3)n团簇都为立体结构,都是以二十面体为基础形成的; (Cu3Au)n 和(CuAu3)n团簇结构中金原子都有位于团簇表面的倾向;这两类团簇结构的区别在于：在(Cu3Au)n团簇中,铜-金原子混合程度高;而(CuAu3)n团簇中,形成金原子位于表层,铜原子位于中心的层状结构;且当n=3、5、7、9时,(Cu3Au)n 和(CuAu3)n团簇在各自的序列中相对稳定性较邻近团簇高,特别是n=7的团簇,相对稳定性最高。     

(CuAu3)n和(Cu3Au)n(n=1～15)团簇基态能量和结构的MOnte Carlo模拟研究

本文采用Monte Carlo方法和Gupta势函数对(CuAu3)n和(Cu3Au)n团簇的基态能量和结构进行了模拟研究,通过计算平均结合能、结合能的一阶差分和二阶差分,分析了团簇的稳定性.结果表明:(Cu3Au)n和(CuAu3)n团簇都为立体结构,都是以二十面体为基础形成的;(Cu3Au)n和(CuAu3)n团簇结构中金原子都有位于团簇表面的倾向;这两类团簇结构的区别在于:在(Cu3Au)n团簇中,铜一金原子混合程度高;而(CuAu3)n团簇中,形成金原子位于表层,铜原子位于中心的层状结构;且当n=3、5、7、9时,(Cu3Au)n和(CuAu3)n团簇在各自的序列中相对稳定性较邻近团簇高,特别是n=7的团簇,相对稳定性最高.     

Y12TM（TM=Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn）团簇的电子结构与磁性研究

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似(GGA)研究了二十面体Y12TM(TM=Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn)团簇的电子结构和磁性,计算了它们的束缚能(BE)、中心原子到表面原子的间距、最高占据轨道(HOMO)、最低占据轨道(LUMO)及其能隙.研究表明:Y13、Y12Sc、Y12Ti、Y12V、Y12Cr团簇的主体原子和杂质原子呈现出铁磁性作用,而Y12Mn、Y12Fe、Y12Co、Y12Ni、Y12Cu、Y12Zn团簇的主体原子和杂质原子呈现出反铁磁作用.     

Co@Aun(n=1-8)团簇的几何结构和电子性质的理论研究

本文利用密度泛函PW91方法研究了Co@Aun(n=1-8)团簇的平衡结构、稳定性和磁矩。结构优化显示Co原子在低能异构体中趋于占据最高配位位置,基态Co@Aun(n=2-6)团簇为二维结构,Co@Au7和Co@Au8转变为三维结构。原子平均结合能、二阶能量差分及HOMO-LUMO能级间隙分析表明掺杂Co原子提高了金团簇的稳定性,改变了金团簇能级间隙的奇偶振荡性,n=5为掺杂团簇的幻数。磁矩的计算揭示Co@Aun团簇的磁性主要源于Co原子的3d轨道。     

混合团簇Cu_(11)Fe_2的的密度泛函研究

以Cu13非紧致低对称性基态结构及四种13原子高对称性(Ih、Oh、D5h、D3h)密堆积结构为初始构型,通过不等价位原子替换,利用密度泛函理论系统研究了Cu11Fe2混合团簇的稳定性及磁性.结果表明:对四种高对称性结构相应中心位替代构型稳定性均高于双表面位替代构型;Cu11Fe2团簇的基态结构为含一个中心位替代和一个表面位替代的Ih替换结构,这与Cu13的基态结构完全不同;Cu11Fe2无明显近基态同分异构现象;相较Cu13团簇、Cu11Fe2团簇的稳定性及磁性均得到增强.     

Cu±13团簇几何和电子结构的密度泛函研究

借助遗传算法结合Gupta原子间相互作用势,本文采用密度泛函理论系统研究了带电Cu13±团簇的基态与低激发态的几何结构和电子结构,并与中性Cu13团簇的结果进行了对比.计算结果表明:对Cu13n(n=0,士1)团簇,高对称性几何构型在众多异构中无能量竞争性优势,团簇基态结构皆为非紧致低对称性结构,对Cu13-找到一种新的低对称性最低能结构;带电明显影响团簇结构稳定性,带电Cu13±团簇与中性Cu13团簇的结构稳定性序列显著不同;基态Cu13n (n=0,±1)团簇具有磁矩最小化效应,而其高对称性结构则有较大磁矩;计算所得Cu13团簇电离能及电子亲和势与实验结果相符.     

(CuSe)_n(n=1-10)团簇结构稳定性与磁性的理论研究

本文采用包含广义梯度近似的密度泛函理论对铜、硒二元团簇(CuSe)_n(n=1-10)的结构稳定性与磁性质进行系统的研究,发现:(CuSe)_n(n=1-10)二元团簇的原子总数为8时几何结构出现由平面向立体的转变行为,且Cu3Se3为"幻数"构型.同时,(CuSe)_n(n=1-10)团簇的平均结合能比同尺寸单质铜团簇的大,因此混合团簇(CuSe)_n(n=1-10)具有比单质铜团簇更强的稳定性;另外,根据(CuSe)_n(n=1-10)团簇的二阶差分能和HOMO-LUMO能隙随尺寸增加的演化趋势可获知,Cu8Se8的结构极其稳定.最后,对团簇磁性的研究发现,铜硒团簇展现出比较特别的磁性,其中,Cu3Se3的总磁矩为3μB,且磁性主要来源于硒原子,而当n=4,6,8和10时,(CuSe)_n(n=1-10)团簇磁性出现淬灭现象.     

Ni掺杂对Cu团簇结构稳定性的影响

采用密度泛函理论对Cu_n和Cu_n-1Ni(n=3-14)团簇的结构及稳定性进行研究.结果证明Cu_n(n=3-14)团簇的基态不是密实结构而是类似双平面的构型;计算表明:Ni掺杂增加了铜团簇的稳定性,Cu_nNi(n=2-13)团簇的最稳态结构与单质铜团簇不同而是以形成二十面体为基础的密实结构,Ni原子趋于和尽量多的Cu原子成键而最终陷入笼状团簇的中心;偶数个粒子的团簇具有相对高的稳定性,尤其Cu₃Ni,Cu₇Ni和Cu₉Ni;陷入笼状团簇内部的Ni原子带正电,使得位于表面的Cu原子带负电,从而增加了由这种团簇构成的材料的化学稳定性,如耐腐蚀性等.     

H2在Al12X (X=Al, Ni, Cu)团簇表面解离吸附的第一性原理研究

以Ni和Cu原子中心替换的二十面体Al12X(X=Ni、Cu)团簇为基体、采用密度泛函理论系统计算研究了H原子及H2分子在团簇表面的吸附,并对比了纯Al13团簇对H及H2的吸附,结果表明：相对于纯Al13中H原子的桥位吸附、掺杂团簇Al12X(X=Ni、Cu)中H原子均吸附于团簇顶位;无论是吸附H原子还是H2分子,Al12Ni的几何结构均发生大的畸变;相较H2在纯Al13团簇表面的解离吸附,H2在掺杂团簇Al12X(X=Ni、Cu)表面的解离反应过程中反应能均增大、势垒均降低,这表明掺杂团簇Al12X(X=Ni、Cu)相较纯Al13团簇更有利于H2解离吸附的发生。