Al_nC_4~(-/0)(n=2～4)团簇的结构和成键性质:光电子能谱和理论计算（英文）

本文采用尺寸选择的负离子光电子能谱与高精度理论计算,对Al_nC_4~(-/0)(n=2～4)团簇的结构和成键性质进行了研究.Al_2C_4~-团簇负离子的最稳定结构是一个C_(2v)对称的平面结构,其中两个C_2单元与两个铝原子分别相连.Al_2C_4~-团簇负离子的次稳定结构是一个线型结构,两个铝原子位于C_4线型结构两端,能量仅比最稳定结构高0.05 eV.中性Al_2C_4团簇是一个线型结构.Al_3C_4~-团簇负离子是一个平面结构,其中三个铝原子分别与两个C_2单元相连.而中性Al_3C_4团簇则是一个V字型结构.Al_4C_4~-团簇负离子和中性Al_4C_4团簇均为C_(2h)对称的平面结构,四个铝原子分别位于两个C_2单元的末端.Al_nC_4~(-/0)(n=2～4)团簇负离子的自适应自然密度配分的分析结果表明这些团簇中铝原子与C_2单元之间的化学键具有σ和π键特征.     

Au2Gen-/0 (n=1∽8)团簇结构演化和电子性质的光电子能谱和理论计算研究

本文利用尺寸选择的负离子光电子能谱和理论计算探索Au₂Ge_n^-/0 (n=1∽8)团簇的结构演化和电子性质. 通过比较理论模拟谱与实验谱,并使用CCSD(T)理论方法计算异构体的相对能量,从而确定金锗混合团簇的全局最小结构. 本文发现Au₂Ge_n^-/0 (n=1∽8)团簇的两个Au原子具有较高的配位数和较弱的亲金相互作用. 负离子团簇和中性团簇的最稳定结构分别处于自旋双重态和自旋单重态. 除了Au₂Ge₄^-/0和Au₂Ge₅^-/0,负离子团簇和中性团簇的全局最小结构具有相似的结构特点. Au₂Ge₁^-/0团簇是一个C_2v对称的V形结构,而Au₂Ge₂^-/0团簇是一个C_2v对称的双桥连结构. Au₂Ge₁^-负离子团簇是两个Au原子盖帽的Ge₄四面体结构,而Au₂Ge₄中性团簇是两个Au原子盖帽的Ge₄菱形结构. Au₂Ge_5∽8^-/0团簇主要采用三棱柱、四棱柱、及五棱柱结构. Au₂Ge₆是一个C_2v对称的四棱柱结构,并表现出σ和π双键性质.     

Ta4Cn^-/0(n=0-4)团簇的电子结构、成键性质及稳定性

本文采用尺寸选择的负离子光电子能谱技术,结合密度泛函理论,对Ta4Cn^-/0(n=0-4)团簇电子结构、成键性质以及稳定性进行了研究.实验测得Ta4Cn-(n=0—4)团簇负离子基态结构的垂直脱附能分别为(1.16±0.08),(1.35±0.08),(1.51±0.08),(1.30±0.08)和(1.86±0.08)eV.中性Ta4Cn(n=0—4)团簇的电子亲和能分别为(1.10±0.08),(1.31±0.08),(1.44±0.08),(1.21±0.08)和(1.80±0.08)eV.研究发现Ta4^-/0团簇为四面体结构,Ta4C1-/0团簇中碳原子覆盖在Ta4四面体的一个面上方,Ta4C2^-/0团簇则是两个碳原子分别覆盖在Ta4四面体中的两个面上方.Ta4C3^-/0团簇是一个缺角立方体结构.Ta4C4^-/0团簇则是近似立方体结构,可以看成是α-TaC面心立方晶体的最小晶胞单元.分子轨道分析结果显示Ta4C3团簇的单电子最高占据轨道主要布居在单个钽原子周围,导致Ta4C3^-团簇的垂直脱附能明显低于其相邻团簇.理论研究显示随着碳原子数目的增加,Ta4Cn^-/0(n=0—4)团簇中的钽-钽金属键逐渐被钽-碳共价键取代,单原子结合能逐渐增加且明显高于Ta4+n^-/0(n=0-4)团簇.中性Ta4C4的单原子结合能高达7.13 eV,这说明钽-碳共价键的形成有利于提高材料的熔点,这与碳化钽作为高温陶瓷材料的特性密切相关.     

AlnC4-/0(n=2∽4)团簇的结构和成键性质: 光电子能谱和理论计算

本文采用尺寸选择的负离子光电子能谱与高精度理论计算,对Al_nC₄^-/0(n=2∽4))团簇的结构和成键性质进行了研究. Al₂C₄^-团簇负离子的最稳定结构是一个C_2v对称的平面结构,其中两个C₂单元与两个铝原子分别相连. Al₂C₄^-团簇负离子的次稳定结构是一个线型结构,两个铝原子位于C₄线型结构两端,能量仅比最稳定结构高0.05 eV. 中性Al₂C₄团簇是一个线型结构. Al₃C₄^-团簇负离子是一个平面结构,其中三个铝原子分别与两个C₂单元相连. 而中性Al₃C₄团簇则是一个V字型结构. Al₄C₄^-团簇负离子和中性Al₄C₄团簇均为C_2h对称的平面结构,四个铝原子分别位于两个C₂单元的末端. Al_nC₄^-/0(n=2∽4))团簇负离子的自适应自然密度配分的分析结果表明这些团簇中铝原子与C₂单元之间的化学键具有σ和π键特征.     

阳离子X_3~+(X=Sc,Y,La)团簇d轨道芳香性的理论研究

运用密度泛函(DFT)和关联从头算(correlated ab initio)理论,对阳离子X_3~+(X=Sc、Y、La)和相关的中性X_3Cl(X=Sc、Y、La)团簇的稳定结构与芳香性进行研究.计算结果表明,X_3~+阳离子有两个稳定异构体:正三角型(D_(3h))和线型(D_(∞h)),其中正三角型为基态.对于中性的X_3Cl团簇,Sc_3Cl有三个稳定的异构体:三角金字塔型(C_(3v))、双齿型(C_(2v)-1)和C_(2v)-2型(图1);而Y_3Cl和La_3Cl只有2个稳定的异构体:三角金字塔型(C_(3v))和双齿型(C_(2v)-1).但这三个中性X_3Cl团簇的基态都是双齿型(C_(2v)-1)结构.对阳离子正三角型(D_(3h))基态结构进行共振能(RE)和核独立化学位移(NICS)的计算结果表明,X_3~+正三角型异构体展现出较高的芳香性.详细的分子轨道分析显示,正三角型Sc_3~+和Y_3~+阳离子有一个离域的π型分子轨道,显现出单π-芳香性;而正三角型La_3~+阳离子有一个离域的σ型分子轨道,显现出单σ-芳香性.X_3~+单π-芳香性或单σ-芳香性主要源于过渡金属Sc、Y和La的d原子轨道的贡献.另外,通过分子轨道分析还发现,当一个补偿阴离子Cl~-分别与Sc_3~+、Y_3~+阳离子结合成中性Sc_3Cl、Y_3Cl团簇时,其组成单元Sc_3~+、Y_3~+的芳香类型从原π-芳香性变为σ-芳香性,而当一个补偿阴离子Cl~-与La_3~+阳离子结合成中性La_3Cl时,其组成单元La_3~+原σ-芳香性保持不变.换言之,三个中性X_3Cl团簇都只显现出单σ-芳香性.     

密度泛函理论研究Nb_2Ge_n(n=1～4)团簇

运用密度泛函方法在(U)B3LYP/Lan L2DZ水平上对Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇进行了系统的理论研究,得到Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇的最低能结构的几何构型和电子性质.优化结果表明:Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇最低能结构的自旋多重度均为单重态.团簇最低能结构的电子态与团簇的大小有关.当n为奇数时,团簇的电子态为~1A~1,n为偶数时电子态为1A.通过对计算平均束缚能和分裂能发现:Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇中热力学稳定性最强的是Nb_2Ge_2团簇;最弱的是Nb_2Ge_4团簇.自然电荷分布的结果说明Nb_2Ge_n(n=1~4)团簇中当n=1-2时,电子转移正常,而当n=3-4时出现电荷反转现象.同时还研究了HOMOLUMO能隙、磁性和红外光谱.     

AlB+n(n=2~10) 团簇结构和红外振动光谱研究

用密度泛函理论的B3LYP方法在6-311G(d)水平上对AlB+n（n=2~10）团簇几何结构、稳定性、电子结构和成键特性进行了系统理论研究,得到了AlB+n（n=2~10）团簇的最稳定结构.结果表明,硼原子间容易聚集,铝原子处于整个硼原子集团的外围.与相应中性AlBn团簇相比,Al-B键作用变弱,使正价团簇（n=6和10除外）结构变化较大|对AlB+n（n=2~10）和相应中性团簇能隙的计算分析表明,AlB+n 团簇的稳定性有所增强,其中AlB+3、AlB+5和AlB+8团簇尤为显著|通过对最稳定构型红外振动光谱的研究分析表明,硼原子间对称或非对称振动、铝原子不动的振动模式更容易出现较强谱峰,即硼原子间更容易成键.     

掺Be硼团簇BeB_n~(0/–)(n=10—15)的基态结构和性质

基于密度泛函理论结合粒子群优化算法程序CALYPSO研究了掺Be硼团簇BeB_n~(0/–)(n=10—15)的基态几何结构;然后采用密度泛函理论分析了最低能量结构的电子结构、极化率、红外光谱、紫外可见光谱特性.研究结果表明:BeB_(10)~(0/–),BeB_(11)~-,BeB_(12)~(0/-),BeB_(14)~-具有平面或准平面结构;BeB_(11),BeB_(13),BeB_(13)~-,BeB_(14)分别具有半三明治结构、圆锥结构、笼型结构、压扁的管状结构;BeB_(15)~(0/-)呈现手性对称结构.自然布居分析(NPA)表明掺杂Be原子将电子转移给硼原子.团簇的平均结合能分析可得,阴离子比相应中性团簇的稳定性强;另外,随着n的增加,中性和阴离子团簇的稳定性增强.准平面结构BeB_(10),BeB_(11)~-,BeB_(12)团簇的适应性自然密度划分(AdNDP)分析表明,s键促进了整个分子的稳定性,多中心π键进一步稳定了整个分子;另外,这三个团簇满足6个π电子Hückel规则(4m+2),具有芳香性.极化率分析可得,平面或准平面结构的每个原子的平均极化率大于其它结构,说明平面或准平面结构的电子离域效应较大;BeB_(13)~-,BeB_(14)~-具有较大的第一超极化率,说明具有较强的非线性光学响应.红外光谱分析表明这些团簇具有不同的特征峰,可用于鉴别这些结构;闭壳层结构团簇的紫外可见光谱在可见光波段都有吸收峰,开壳层结构团簇的紫外可见光谱在红外光波段都有吸收峰.     

Ge_nMn(n≤8)团簇的电子结构与磁性的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论下广义梯度近似方法,对Mn掺杂Ge基半导体团簇Ge_nMn(n≤8)的结构与磁性进行了理论研究.结果表明:Ge_nMn(n≤8)的最稳定构型与相应的Ge_(n+1)团簇相似.Mn掺杂后团簇的原子平均结合能与纯锗团簇比较近似;能量二次差分表明:Ge_3Mn和Ge_5Mn团簇较相邻团簇表现出较高的稳定性;当n=1,3和6时,HMO-LUMO能隙较大,n=2时,能隙较小,说明GeMn、Ge_3Mn和Ge_6Mn具有相对较好的化学稳定性,而Ge_2Mn具有较高的化学活性.对Ge_nMn(n≤8)团簇的磁性研究发现,除Ge_8Mn的总磁矩为1μB外,其他团簇的总磁矩均为3μB,且团簇的磁性主要来源于Mn原子.     

V_nB_(8(n+1))~-(n=1-3)团簇的几何结构、电子和光谱特性

基于密度泛函理论和卡里普索结构预测方法,系统研究了V_nB_(8(n+1))~-(n=1-3)团簇的几何结构、电子和光谱特性.首先,利用卡里普索结构预测方法确定了VB_(16)~-的基态结构为高对称性的C_(2v)点群对称结构.在此基态结构基础上,通过堆积的方式优化得到了V_2B_(24)~-和V_3B_(32)~-团簇的基态结构.结果显示,V_2B_(24)~-和V_3B~(32)~-团簇分别拥有高对称性的C_(4h)和D_(8d)点群对称结构.基于上述基态结构,系统分析了不同尺寸团簇的自然布局分布和自然电子组态、Mayer键级和电子局域函数.最后,讨论了不同团簇的红外、拉曼光谱等光谱特性,为过渡金属钒掺杂硼基纳米材料的研究提供理论参考.     

基于内核构建的Cu-Au-Pd团簇稳定结构优化

具有特殊催化、磁性和化学活性的三元合金团簇已成为基础科学研究的热点问题.确定其稳定结构是研究团簇性质的重要前提.针对大尺寸Cu-Au-Pd团簇结构优化,提出了内核构建的方法改进了自适应免疫优化算法的效率(称为AIOA-IC算法).采用基于紧束缚势二阶矩近似的多体Gupta势函数来描述三元合金团簇原子间相互作用.为测试算法效率优化了原子数为60的Ag-Pd-Pt团簇稳定结构.结果显示新得到的结构比文献报道的团簇结构势能量值更低,由此可知AIOA-IC算法具有更强的势能面搜索能力.运用该算法研究了38及55原子Cu-Au-Pd团簇的稳定结构.所研究的38原子Cu-Au-Pd团簇包含了五折叠、六折叠和截角八面体结构,并且原子成分比例影响了团簇的结构类型.而55原子Cu-Au-Pd团簇均为完整二十面体结构,序列参数显示Cu,Au和Pd原子分层现象明显.对于147原子Cu_(12)Au_(93)Pd_(42)团簇完整二十面体结构,中心原子为Au,内层和次外层分别被12个Cu原子和42个Pd原子占据,最外层则被92个Au原子占满.通过原子半径及表面能分析了Cu,Pd和Au原子分别倾向于分布在内层、次外层和最外层的规律.     

CuSin 与CuSi-n（n=4~10）团簇电子结构和光学性质的理论研究

基于密度泛函的B3LYP/6-311+G (d)方法研究基态结构CuSin(n=4~10)和 CuSin阴离子团簇的电子结构和紫外吸收谱。计算结果表明：(1)中性CuSin 团簇的带隙要比阴离子团簇的带隙要小,说明阴离子团簇比中性的要稳定;(2)阴离子CuSi5团簇要比相邻的其他团簇稳定;(3)紫外吸收谱可看出中性 CuSin团簇属弱吸收而阴离子则表现出很强的吸收。对阴离子来说,随着硅原子的增加有红移现象发生。     

基于密度泛函紧束缚方法的Ge_(10)团簇Mülliken交叠电子布居分析与解离行为研究

随着微电子工业和纳米技术的不断发展,对低维锗材料物理和化学性质的研究正成为研发新型微纳电子器件的基础.采用遗传算法和密度泛函紧束缚方法相结合计算得到Ge_(10)团簇最低能量构型.通过对该团簇内局域原子堆积结构和基于Mülliken电子布居的电子性质分析,发现团簇内两个原子间成键的强弱受原子间距和这两个原子各自近邻原子的状况影响.团簇内部原子上的电子会向团簇外部原子转移.团簇的解离会以分成两个团簇和单个原子的方式进行.当以团簇方式解离时,出现两个Ge_5团簇或一个Ge_3和一个Ge_7团簇.位于团簇小表面上方的原子会首先从团簇解离出来,随后八面体顶点上的原子发生解离.     

CuSi_n与CuSi_n~-(n=4～10)团簇电子结构和光学性质的理论研究（英文）

基于密度泛函的B3LYP/6-311+G(d)方法研究基态结构CuSin(n=4~10)和CuSi_n阴离子团簇的电子结构和紫外吸收谱。计算结果表明:(1)中性CuSi_n团簇的带隙要比阴离子团簇的带隙要小,说明阴离子团簇比中性的要稳定;(2)阴离子CuSi5团簇要比相邻的其他团簇稳定;(3)紫外吸收谱可看出中性CuSi_n团簇属弱吸收而阴离子则表现出很强的吸收。对阴离子来说,随着硅原子的增加有红移现象发生。     

密度泛函理论研究Run和RunAu(n=1-12)团簇的结构和电子性质

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA) 对 Ru_n Au和Ru_n 团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率、电子性质和磁性质进行了计算. 结果表明,Ru_n Au团簇的最低能量结构可以通过Au原子代替Ru_n+1团簇中的Ru原子生长而成.除了局域的结构畸变,Ru_n Au和Ru_n+1团簇具有相似的几何结构.二阶能量差分、电离势、亲和势和分裂能表明Ru₅, Ru₈, Ru₅Au, Ru₈Au 是稳定的团簇,Au的掺杂没有改变Ru_n 的相对稳定性.通过电子性质的分析发现,当Au原子掺杂在Ru_n 中,团簇的化学活性增加,且团簇的能隙主要由电子的配对效应决定;对于大多数团簇来说,Au原子掺杂提高了Ru_n Au的磁矩. 关键词： n Au和Ru_n 团簇')" href="#">Ru_n Au和Ru_n 团簇 几何结构 电子性质     

AunLa(n=1~8)团簇的密度泛函研究简

采用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法,在LANL2DZ基组水平上研究了Aun La(n=1~8)团簇的几何结构.计算并讨论了基态结构稳定性及电子性质.结果表明,当n=3-8时,基态结构均为三维结构且La原子趋向与更多的Au原子结合.团簇二阶能量差分,能隙和化学硬度计算结果显示除了AuLa外,具有偶数数目的团簇比奇数数目的团簇具有更好的稳定性,其中,Au3La团簇的稳定性相对较好.     

(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.     

TiGen-(n=7~12)团簇的光电子能谱及密度泛函理论研究

利用光电子能谱及密度泛函理论计算对TiGe_n^-(n=7~12)团簇的几何结构及电子特性等进行了系统研究. 对于TiGe_n^-负离子及中性TiGe_n,在n=8时出现了钛原子半内嵌的船型结构;在n=9~11时,新增的锗原子加盖到这种船型结构上,逐步形成钛原子完全内嵌的结构. TiGe₁₂^- 团簇具有一种钛原子内嵌的变形六棱柱结构. 自然布居分析结果显示,对于n=8~12的TiGe_n^-/0 团簇,随着内嵌结构的形成,有电子从锗原子转移到钛原子,说明其电荷转移方式与结构演变密切相关.     

Low specific contact resistivity to graphene achieved by AuGe/Ni/Au and annealing process

Low metal-graphene contact resistance is important in making high-performance graphene devices.In this work,we demonstrate a lower specific contact resistivity of Au_(0.88)Ge_(0.12)/Ni/Au-graphene contact compared with Ti/Au and Ti/Pt/Au contacts.The rapid thermal annealing process was optimized to improve AuGe/Ni/Au contact resistance.Results reveal that both pre- and post-annealing processes are effective for reducing the contact resistance.The specific contact resistivity decreases from 2.5 × 10~(-4) to 7.8 × 10~(-5) Ω·cm~2 by pre-annealing at 300 ℃ for one hour,and continues to decrease to9.5 × 10~(-7) H·cm~2 after post-annealing at 490 ℃ for 60 seconds.These approaches provide reliable means of lowering contact resistance.     

砷化镓离子团簇的稳定性研究

采用全势能线性糕模轨道分子动力学方法，详细研究了砷化镓离子团簇Ga_nAs_n(n=4，5，6)的几何结构和稳定性.分别找到了这些离子团簇的最低能量结构，通过计算发现这些结构明显不同于中性团簇的基态结构.还发现离子团簇的其他稳定结构与对应的中性结构相比也有较大的结构畸变.在这些砷化镓离子团簇中，相对于砷原子而言，镓原子更容易处在帽原子的位置上. 关键词： 离子团簇 基态结构 稳定性