大尺寸核/层Co-Pd合金团簇稳定结构研究

纳米尺度合金团簇具有特殊的光学、电、磁和催化等性质,在基础研究和应用领域吸引了广泛的兴趣.使用多体Gupta势函数描述Co-Pd团簇原子间相互作用,应用基于内核构建的自适应免疫优化算法确定最稳定结构.研究结果显示:98原子Co-Pd团簇结构可分为面心立方结构、Mackay二十面体、双二十面体、由双二十面体面面相连构成的结构和十面体结构.序列参数显示Co原子位于内层,而Pd原子位于外层.原子半径和表面能进一步解释了Co和Pd原子的分布规律.原子数目为147的Co-Pd团簇均为完整二十面体结构.     

Co-Ag与Co-Au合金团簇核层结构模拟

钴基二元合金团簇具有特殊催化和电磁性能已成为研究的热点.探究Co-Ag与Co-Au团簇稳定结构是研究其性质的重要步骤.运用基于内核构建的自适应免疫优化算法对大尺寸Co_(55)Ag_n、Co_(55)Au_n(n=1-55, 60, 70, 80, 92)团簇结构进行优化.基于紧束缚势二阶矩近似的多体Gupta势函数被用于描述合金团簇原子间相互作用.计算结果显示Co_(55)Ag_n、Co_(55)Au_n(n=1-55, 60)最稳定结构的主要构型为Mackay二十面体.原子分布分析显示Co原子位于内层,而Ag、Au原子均趋于分布在外层,呈现出核层状态.对于大尺寸Co_(55)Ag_n、Co_(55)Au_n(n=80, 92)团簇,Co-Ag团簇采取无定形结构,而Co-Au团簇为规则的二十面体结构.     

自适应免疫优化算法研究大尺寸Cu-Au合金团簇稳定结构

合金团簇所具备的催化和光学等方面特性与团簇的尺寸、元素组成和元素序列密切关联,因而确定其稳定结构是研究纳米团簇合金性质的首要任务.本文利用基于内核构建的自适应免疫优化算法研究了完整元素组成的CunAum(n+m=61及79)二元合金团簇的稳定结构.应用多体Gupta势函数描述Cu-Au团簇原子间的相互作用.研究结果表明:对于CunAum(n+m=61)团簇,除了当n=12-15时为由三个双二十面体面面相连组成的环状结构外,其余均为二十面体结构.原子总数为79的Cu-Au合金团簇包括堆积缺陷的面心立方结构、双面心立方结构、二十面体、十面体和由四个双二十面体面面相连组成的环状结构.且当Au原子比例高和低时其主要构型分别为二十面体和十面体.此外,还分析了Cu-Au合金团簇结构势能量的分布情况及团簇的相对稳定性.原子分布规律显示Cu原子趋于占据内层,而Au原子趋向于分布在外层.     

Co-Ag与Co-Au合金团簇核层结构模拟

钴基二元合金团簇具有特殊催化和电磁性能已成为研究的热点．探究Co-Ag与Co-Au团簇稳定结构是研究其性质的重要步骤．运用基于内核构建的自适应免疫优化算法对大尺寸Co_(55)Ag_n、Co_(55)Au_n(n=1-55,60,70,80,92)团簇结构进行优化．基于紧束缚势二阶矩近似的多体Gupta势函数被用于描述合金团簇原子间相互作用．计算结果显示Co_(55)Ag_n、Co_(55)Au_n(n=1-55,60)最稳定结构的主要构型为Mackay二十面体．原子分布分析显示Co原子位于内层，而Ag、Au原子均趋于分布在外层，呈现出核层状态．对于大尺寸Co_(55)Ag_n、Co_(55)Au_n(n=80,92)团簇，Co-Ag团簇采取无定形结构，而Co-Au团簇为规则的二十面体结构．     

Au-Pd与Au-Pt合金团簇稳定结构对比

由贵金属元素组成的合金团簇在光、电、磁和催化等领域吸引了广泛的研究兴趣.本文基于多体Gupta势函数采用内核构建的自适应免疫优化算法优化了Au-Pd和Au-Pt团簇最稳定结构.研究结果显示98原子Au-Pd与Au-Pt团簇均包含面心立方结构、十面体、二十面体和Leary四面体结构,但是两者的构型分布上存在着差异.键数变化分析结果显示Au原子分布趋势接近.此外,147原子Au-Pd和AuPt团簇均为完整二十面体结构.序列参数分析显示均形成核层结构.     

Cu偏析诱导Co团簇结构及性质异常的动力学模拟

采用分子动力学结合镶嵌原子势方法,模拟研究了Cu原子分别分布于基体Co团簇内层和表面构成Cu-Co合金团簇的结构和热力学性质,研究表明,相同数目的 Cu原子掺杂到基体中因掺杂层的不同,会诱导内层Co团簇和外层Co团簇结构、能量及熔点表现出巨大差异;Cu原子在团簇各层掺杂位置的差异,会导致原子向低能态位置偏移,但相对移动后后续原子的补位,使团簇结构随温度呈相对无扩散度相变;Cu原子由内层向表面偏析是内层Co团簇与相同原子数比例的外层Co团簇熔点产生巨大差异的主要原因.     

AuCu249合金团簇热稳定性的原子尺度计算研究

采用基于嵌入原子法的NVT正则系综分子动力学方法,在原子尺度上计算了包含249个原子的金属间化合物AuCu₂₄₉合金团簇由固态转变为熔体的结构演化过程. 根据对分布函数、原子密度分布函数和主要原子键对数目随温度的变化,发现在温度从低温升到高温的过程中,合金团簇内伴随着原子的连续位置交换,团簇呈现由外及里的分阶段结构转变. 同时还发现在团簇内原子堆积结构转变过程中,Au原子出现由团簇内层向外层运动的趋势,而Cu原子则有由外层向内层运动的趋势. 关键词： 合金团簇 分子动力学 计算机模拟 相变     

改进的自适应免疫优化算法用于Pd-Pt合金团簇结构快速优化

Pd-Pt合金团簇在催化、光学和磁学等基础科学及应用领域吸引了广泛的研究兴趣,优化不同元素序列组成的最稳定结构是探究其特殊性质的首要任务.本文结合了启发式优化算法的优点及动态建模的思想,提出了一种自适应免疫优化算法(AIOA)的改进算法,称之为AIOA-BDLS-ILS算法,用于合金团簇结构快速优化.运用该算法优化标准的二元Lennard-Jones模型团簇结构以测试算法效率,结果表明与BDLS-ILS算法相比该算法更为高效.优化34原子Pd-Pt团簇时发现了12个能量更低的结构.此外,50及79原子Pd-Pt团簇中,十面体及外层密堆积的十面体构型为主要构型,还存在双面心立方结构及少量的不完整二十面体结构.序列参数显示Pd-Pt团簇中Pd和Pt分层现象明显.     

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.     

高指数晶面Au-Pd纳米合金粒子的稳定结构研究

基于蒙特卡罗方法, 本文采用了紧束缚势和量子修正Sutton-Chen型多体势两种势能函数对具有不同比例、不同尺寸二十四面体Au-Pd合金纳米粒子的稳定结构、表面原子分布、核壳分布和化学短程序值进行了研究分析. 结果表明: 两种势函数得到的表面原子分布趋势一致, 即Au-Pd合金纳米粒子中的Au原子趋向于分布在纳米粒子的外层, 而Pd原子趋向于分布在纳米粒子的内层, 这有利于降低纳米粒子的总能; 在Au原子比例较小时, 两种势函数下得到的稳定结构均呈现出核壳分离的结构, 随着Au比例的增大, 紧束缚势函数下得到的纳米粒子稳定结构将趋向于洋葱状的多壳层的结构; 相比于紧束缚势, 量子修正Sutton-Chen型多体势作用下得到的Au-Pd纳米粒子的稳定结构偏聚程度更高.     

稳态Cu-Zr二十面体团簇电子结构的密度泛函研究

采用第一原理对以Cu为心的低能稳态Cu_nZ_(r13-n)(n=6,7,8,9)二十面体团簇的电子结构进行计算,结果表明:同一化学组分下,以Cu为心的Cu-Zr二十面体团簇中出现的同类原子聚集现象可以增强团簇的稳定性,降低费米能级(EF)上的电子数N(EF),这为低能稳态团簇拥有较小的N(EF)提供了深层次的理论解释.进一步的差分电子密度与Mulliken布居分析得知,Cu-Zr二十面体中共价键与离子键共存,成键态与反键态共存,且团簇在形成时壳层Zr与中心Cu原子是电子的提供者,壳层Cu是电子的获得者.该电荷转移方向是金属玻璃中以Cu为心的Cu-Zr二十面体团簇普遍遵循的规律,不随团簇的化学序参数及化学组分的变化而变化.计算的红外振动谱为实验上准确表征不同二十面体原子团提供了一种新的思路.     

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.     

低能Cu13团簇沉积薄膜的分子动力学模拟研究

利用分子动力学模拟方法对Cu₁₃团簇在Fe（001）表面上沉积薄膜进行了研究,分析了不同沉积条件对薄膜生长模式的影响,对比分析了不同沉积条件下表面粗糙度、缺陷分布和外延度等薄膜性质的差异。Cu₁₃团簇的初始沉积能量范围为0.1~10.0 eV/atom,沉积率为1.0 clusters/ps,衬底温度分别为300,700和1 000 K。模拟结果表明:团簇初始沉积能量主要影响薄膜生长模式,当初始沉积能量为7.5 eV/atom的Cu₁₃团簇沉积到温度为300 K的Fe（001）表面时,可形成表面光滑、内部缺陷少和较好外延度的高质量Cu薄膜。     

Heating rate effects for the melting transition of Pt-Ag-Au nanoalloys

The classical molecular dynamics simulations in canonical NVT ensemble conditions are used to investigate the melting transition in different heating rates of Pt-Ag-Au ternary nanoalloys. In order to obtain the initial configurations used in the molecular dynamics simulations, optimizing the chemical ordering of Pt₁₃Ag_nAu_42-n (n=0-42) ternary nanoalloys was performed using the Basin-Hopping algorithm which would not allow changes in the icosahedron structure. The Gupta many-body potential was used to model interatomic interactions in both molecular dynamics simulations and optimization simulations. The melting transitions of selected Pt-Ag-Au nanoalloys were explored using caloric curves and Lindemann parameters. There have been two identified types of melting mechanisms, one includes sudden jump behavior in the caloric curve and the other is an isomerization while melting transition. The temperature range in which the isomerization takes place depends on the heating rate value.     

Molecular dynamics study of hydrogenated silicon clusters at high temperatures

This paper reports on a study of the stability of silicon clusters of intermediate size at a high temperature. The temperature dependence of the physicochemical properties of 60- and 73-atom silicon nanoparticles are investigated using the molecular dynamics method. The 73-atom particles have a crystal structure, a random atomic packing, and a packing formed by inserting a 13-atom icosahedron into a 60-atom fullerene. They are surrounded by a ‘coat’ from 60 atoms of hydrogen. The nanoassembled particle at the presence of a hydrogen ‘coat’ has the most stable number (close to four) of Si–Si bonds per atom. The structure and kinetic properties of a hollow single-layer fullerene-structured Si₆₀ cluster are considered in the temperature range 10 K ≤ T ≤ 1760 K. Five series of calculations are conducted, with a simulation of several media inside and outside the Si₆₀ cluster, specifically, the vacuum and interior spaces filled with 30 and 60 hydrogen atoms with and without the exterior hydrogen environment of 60 atoms. Fullerene surrounded by a hydrogen ‘coat’ and containing 60 hydrogen atoms in the interior space has a higher stability. Such clusters have smaller self-diffusion coefficients at high temperatures. The fullerene stabilized with hydrogen is stable to the formation of linear atomic chains up to the temperatures 270–280 K.     

Disorder broadening of alloy Auger spectra

Auger spectroscopy promises the means to separate initial and final state contributions to the disorder broadening of core XPS spectra in disordered alloys. Auger disorder broadening, deduced from recent ab initio results, is predicted to be greater than XPS disorder broadening for Cu₅₀Pd₅₀ and Ag₅₀Pd₅₀ alloys. Simulations are used to assess whether this effect is observable experimentally despite the greater lifetime broadening of Auger spectra. A number of cases where narrow core–core–core Auger transitions should allow clear experimental identification of this effect are identified. The prospects for determining environment-resolved Auger spectra using APECS have been investigated.     

Dual mode segregation of Pd to the surface of polycrystalline Fe99Pd1

On a polycrystalline Fe₉₉Pd₁ sample, unusually fast and abundant segregation is observed up to 55 at% Pd. The dependence on temperature and on the bulk concentration are also contradictory to normal segregation behaviour. Once the sample is heated to at least 750–800°C, normal, slower segregation behaviour is observed up to a maximum of ca. 35 at% Pd. The unusual segregation behaviour can be explained by segregation from a two-phase bulk leading to an ordered Fe₅₀Pd₅₀ surface phase.     

Structures,stabilities,and magnetic properties of the Fe_nAu(n=1-12) clusters

The configurations,stabilities,electronic,and magnetic properties of Fe_nAu(n = 1–12) clusters are investigated systematically by using the relativistic all-electron density functional theory with the generalized gradient approximation.The substitutional effects of Au in Fe_(n+1)(n = 1,2,4,5,10–12) clusters are found in optimized structures which keep the similar frameworks with the most stable Fe_(n+1)clusters.And the growth way for Fe_nAu(n = 6–9) clusters is that the Au atom occupies a peripheral position of Fen cluster.The peaks appear respectively at n = 6 and 9 for Fen Au clusters and at n = 5 and 10 for Fe_(n+1)clusters based on the size dependence of second-order difference of energy,implying that these clusters possess relatively high stabilities.The analysis of atomic net charge Q indicates that the charge always transfers from Fe to Au atom which causes the Au atom to be nearly non-magnetic,and the doped Au atom has little effect on the average magnetic moment of Fe atoms in Fen Au cluster.Finally,the total magnetic moment is reduced by 3 μB for each of Fen Au clusters except n = 3,11,and 12 compared with for corresponding pure Fe_(n+1) clusters.