二十面体Sc13,Sc+113,Sc-113团簇的稳定性与电子结构研究

采用密度泛函理论框架下的广义梯度近似(DFT/GGA),对Sc13团簇进行了几何结构优化,得到13原子钪团簇的基态结构为正二十面体(Ih),在此基础上对二十面体Sc13, Sc+113和Sc-113团簇的稳定性、电子结构和磁矩进行研究.结果发现Sc13,Sc+113和Sc-113团簇都在Ih结构时最稳定,该尺寸团簇的稳定性主要由二十面体密堆积构型决定;带电能使团簇的结构稍稍收缩从而使团簇的稳定性有所增强;团簇的键长和对称性对团簇的磁矩有很明显的影响.     

二十面体Sc13，Sc13¬+1，Sc13¬-1团簇的稳定性与电子结构研究

采用密度泛函理论框架下的广义梯度近似(DFT/GGA),对Sc13团簇进行了几何结构优化,得到13原子钪团簇的基态结构为正二十面体(Ih),在此基础上对二十面体(Ih)Sc13, Sc13¬+1和Sc13-1团簇的稳定性、电子结构磁矩进行研究.结果发现Sc13,Sc13¬+1和Sc13¬-1团簇都在Ih结构时最稳定,该尺寸团簇的稳定性主要由二十面体密堆积构型决定;带电能使团簇的结构稍稍收缩从而使团簇的稳定性有所增强;团簇的键长和对称性对团簇的磁矩有很明显的影响.     

NO在Ni_xAg_y(x+y=13)团簇表面吸附分解的第一性原理研究

基于第一性原理计算方法,对Ni_xAg_y(x+y=13)团簇的几何结构进行优化后,研究了NO在此类团簇表面不同位置的吸附分解行为,讨论了团簇的束缚能、束缚能的二阶差分、能隙以及吸附前后键长、吸附能、NO分波态密度的变化情况.结果表明,团簇对称性随着Ni的占比变化而变化,稳定性随Ni占比增加而增强,束缚能的二阶差分随着Ni原子的增多呈现奇偶震荡性,NO@Ni_xAg_y(x+y=13)团簇表面吸附行为主要为化学吸附,吸附后N-O键长的变化在0.028?～0.092?之间.对团簇吸附NO的态密度分析发现,吸附后NO的2π*轨道失去电子,1π轨道得到电子,从而导致吸附能的变化.     

低温下Cu13团簇负载于Cu(001)表面上结构变化的分子动力学研究

应用分子动力学方法研究温度为10和50 K时具有二十面体结构的Cu13团簇以不同接触条件与Cu(001)表面结合后的结构变化,原子间的相互作用势采用Johnson的嵌入原子方法模型.通过基于原子密度分布函数的分析表明,负载团簇与表面的结合能主要受团簇与载体相接触的最低层原子数及这些原子所具有的不同几何构型影响,同时更高层的原子呈现出不同的几何结构.温度为10 K时,负载团簇的初始位置对团簇几何结构和结合能影响较大.     

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(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.     

低温下Cu13团簇负载于Cu(001)表面上结构变化的分子动力学研究

应用分子动力学方法研究温度为10和50 K时具有二十面体结构的Cu₁₃团簇以不同接触条件与Cu（001）表面结合后的结构变化,原子间的相互作用势采用Johnson的嵌入原子方法模型.通过基于原子密度分布函数的分析表明,负载团簇与表面的结合能主要受团簇与载体相接触的最低层原子数及这些原子所具有的不同几何构型影响,同时更高层的原子呈现出不同的几何结构.温度为10 K时,负载团簇的初始位置对团簇几何结构和结合能影响较大. 关键词： 分子动力学 团簇 表面 计算机模拟     

(MgB2)n(n=1～3)团簇结构与性质的密度泛函研究

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3IJYP方法在6-31G*基组水平上对(MgB2)n(n=1～3)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测各团簇的最稳定结构,并对其振动特性、成键特性、极化率和超极化率等性质进行理论研究.结果表明,团簇的几何结构大多是平面结构,团簇的稳定结构中通常是几个呈负电性的B原子形成一个负电中心,而其他B原子和Mg原子处在端位,且显正电性,Mg原子的自然电荷在 0.559e～ 0.920e之间,B原子的自然电荷在-0.724e～ 0.197e之间;团簇中通常是B-B键和B-Mg键共存,较少出现Mg-Mg键,计算得到的B-B键键长在0.153～0.182 nm之间,B-Mg键键长在0.218～0.231 nm之间.     

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.     

(LiN3)n(n=1～2)团簇的密度泛函研究

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对(LiN3)n(n=1～2)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的振动特性、成键特性和电荷布局等性质进行了理论研究.结果表明,LiN3团簇最稳定构型为直线构型;(LiN3)n(n=1～2)团簇中N-N键长在0.1146～0.1203 nm之间,N-Li键长在0.1722～0.1987 nm之间;Li原子的自然电荷在0.708 e～0.907 e之间,N原子的自然电荷在-0.896 e～0.208 e之间.     

Rh_nBe(n=1～7)团簇结构和磁性的密度泛函研究

用密度泛函理论中的广义梯度近似方法研究了Rh_nBe(n=1～7)团簇的结构和磁性.结果表明:在Rh_n团簇上附加一个Be原子后,对Rh_n团簇的结构影响不大,与Be原子相配位的Rh原子间的键长发生了不同程度的增大.Rh_nBe与Rh_n团簇的稳定性变化趋势相一致,但Rh_nBe团簇更加稳定.Be原子均失去电子,磁矩相对较小.与Be原子相配位的Rh原子均是电子受体.团簇磁矩主要来自Rh原子的贡献;若Be原子呈正磁矩,则Rh_nBe团簇的总磁矩大于Rh_n团簇的磁矩,反之则小于Rh_n团簇的磁矩.     

RhnBe(n=1-7)团簇结构和磁性的密度泛函研究

用密度泛函理论中的广义梯度近似方法研究了RhnBe(n=1~7)团簇的结构和磁性。结果表明：在Rhn团簇上附加一个Be原子后,对Rhn团簇的结构影响不大,与Be原子相配位的Rh原子间的键长发生了不同程度的增大。RhnBe 与Rhn团簇的稳定性变化趋势相一致,但RhnBe团簇更加稳定。Be原子均失去电子,磁矩相对较小。与Be原子相配位的Rh原子均是电子受体。团簇磁矩主要来自Rh原子的贡献;若Be原子呈正磁矩,则RhnBe团簇的总磁矩大于Rhn团簇的磁矩,反之则小于Rhn团簇的磁矩。     

Ru13原子簇基态的磁性

采用离散变分局域自旋密度泛函方法，研究了三种可能的高对称几何构型的由１３个钌原子组成的Ru₁₃原子簇的电子结构．结果表明，所有具有不同对称性的Ru₁₃原子簇在它们各自的平衡位置处都有两重磁性解，从能量上看，每一种构型的低自旋解都比高自旋解更为稳定．基态原子簇为Ｉ_hRu₁₃原子簇，具有４μ_B的磁矩，或每个原子具有０.３１μ_B的磁矩．这与实验测得的Ru₁₃原 关键词：     

Rh_nAl(n=1～6)团簇结构和磁性的研究

用密度泛函理论中的广义梯度近似方法研究了Rh_nAl(n=1～6)团簇的结构和磁性.结果表明:Rh(_n-1)Al和Rh_n(n=2～7)团簇结构是相似的,结合能随团簇尺寸变化趋势一致,原子间的s,p,d轨道杂化使得Rh_nAl团簇更加稳定.几乎所有Rh原子都是电子受体,Al-Rh键长越小.Rh原子得电子就越多.团簇磁矩主要来自Rh原子的贡献,Rh原子的4d轨道磁矩是Rh原子磁矩的主要部分.Al原子失去的电子越多,则其磁矩就相对越小.     

RhnAl(n=1-6)团簇结构和磁性的研究

用密度泛函理论中的广义梯度近似方法研究了RhnAl(n=1~6)团簇的结构和磁性。结果表明：Rhn-1Al和Rhn (n=2~7)团簇结构是相似的,结合能随团簇尺寸变化趋势一致,原子间的s,p,d轨道杂化使得RhnAl团簇更加稳定。几乎所有Rh原子都是电子受体,Al-Rh键长越小,Rh原子得电子就越多。团簇磁矩主要来自Rh原子的贡献,Rh原子的4d轨道磁矩是Rh原子磁矩的主要部分。Al原子失去的电子越多,则其磁矩就相对越小。     

Structural Dependence of Electronic and Magnetic Properties of the Cr13 Cluster

A tight-binding effective potential has been employed, in conjunction with a genetic algorithm, to fully optimize the Cr₁₃ cluster geometry without imposing any symmetry constraints. The minimum energy structure of this cluster is found to be a slightly distorted icosahedron. Based on the optimized structure and three assumed geometries (icosahedron,bcc-like and fcc-like), the structural dependence of electronic and magnetic properties of the Cr₁₃ cluster is discussed by using a d-band Hubbard-like Hamiltonian in the unrestricted Hartree-Fock approximation. Results are given for the average magnetic moment and local magnetic moments. It is found that for all considered geometries the Cr₁₃ cluster exhibits antiferromagnetic behavior. Results are also given for the cohesive energy, average coordination number, and local electronic densities of states. The results indicate that the average coordination number per atom in the cluster geometry is a significant factor to affect the magnetism.Also, the local density of states is a sensitive function of geometry.     

Stability of Si70 cage structures

We have performed calculations on the cage structures with and without inner atoms, a stacked structure for Si70 cluster by using FP-LMTO-MD method. It is found that the Si70 perfect cages, including its ionic cages, would distort into puckered hollow balls. But the distorted hollow ball is still less stable than a stacked structure. Further calculations suggest that a distorted cage structure with inner atoms, resulting from Si60 perfect cages by inserting 10 inner atoms, is much more stable than the distorted hollow cage and the stacked structure of Si70.     

The 13-atom encapsulated gold cage clusters

The structure and the magnetic moment of transition metal encapsulated in a Au 12 cage cluster have been studied by using the density functional theory.The results show that all of the transition metal atoms(TMA) can embed into the Au 12 cage and increase the stability of the clusters except Mn.Half of them have the I h or O h symmetry.The curves of binding energy have oscillation characteristics when the extra-nuclear electrons increase;the reason for this may be the interaction between parity changes of extra-nuclear electrons and Au atoms.The curves of highest occupied molecular orbital-lowest unoccupied molecular orbital(HOMO-LUMO) gap also have oscillation characteristics when the extra-nuclear electrons increase.The binding energies of many M@Au 12 clusters are much larger than that of the pure Au 13 cluster,while the gaps of some of them are less than that of Au 13,so maybe Cr@Au 12,Nb@Au 12,and W@Au 12 clusters are most stable in fact.For magnetic calculations,some clusters are quenched totally,but the Au 13 cluster has the largest magnetic moment of 5 μ B.When the number of extra-nuclear electrons of the encapsulated TMA is even,the magnetic moment of relevant M@Au 12 cluster is even,and so are the odd ones.     

非晶态合金Fe80P20局域结构和性质的量子化学研究

利用原子簇模型Fe_4P简化了非晶态合金Fe_(80)P_(20)的局域结构,设计了四方锥、三角双锥、四面体及平面五边形等十几种构型,对其二、四重态分别进行密度泛函(DFT)优化计算,经过频率验证,获得五种稳定构型。从所得优化构型的键长和键级,可以发现原子簇Fe4P较好地反映了非晶态合金Fe_(80)P_(20)的局域结构。考察了各构型间的过渡转化情况,发现二重态构型的稳定性要好于四重态。分析各构型的能量、成键及电子转移情况,发现与P原子成键的Fe原子个数对这些性质影响较为明显。与P原子成键的Fe原子个数越多,体系的能量就越低,越容易存在；P原子的得电子能力随着与其成键Fe原子个数增多而减少,甚至会将失去自身电子转移到金属原子上。同时通过3d轨道布居数,讨论了原子簇的空穴数及磁学性质。     

Structure and magnetization of small monodisperse platinum clusters

Magnetization measurements of well-characterized monodisperse Pt clusters consisting of 13+/-2 atoms in a zeolite confirm the predicted extraordinary magnetic polarization with up to 8 unpaired electrons on a cluster, corresponding to a magnetic moment of 0.65(5) microB per atom. The effect is partly quenched by hydrogen chemisorption. The study provides insight into the electronic structure of the cluster and is fundamental for an understanding of how magnetism develops in small clusters.