金属钛中氦团簇生长行为的分子动力学研究

运用分子动力学方法模拟了常温下金属钛中氦团簇的生长过程.从能量的角度考察了氦团簇的生长机理.研究发现,随着氦团簇的生长,在氦团簇周围逐渐形成位错环缺陷,氦团簇与氦原子的结合能有逐渐下降的趋势,当氦团簇生长到一定尺寸时会通过发射周围缺陷以使得结合能上升,从而增强了进一步吸收氦原子的能力.模拟还发现,随着氦团簇的继续生长,氦团簇的形状由原来的不规则结构逐渐变成了较为规则的棱柱形结构,在随后的生长过程中其生长仅在（001）平面进行,沿［001］轴的厚度几乎不变. 关键词： 氦团簇 缺陷发射 分子动力学模拟     

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     

氦团簇及氦间隙原子在钨中的稳定性研究

首先采用分子动力学方法研究了在钨中预存氦-空位团簇（He_nV₂₂）后氦原子结合能与氦-空位比的关系。研究发现:当氦-空位比小于4.5时,氦原子结合能随氦-空位比呈线性减小趋势;当氦-空位比大于4.5时,氦原子的结合能随氦-空位比出现剧烈振荡的现象,这种现象是由于钨中预存氦-空位团簇随机挤出位错环使体系能量骤降所导致的。与此同时,氦-空位团簇周围出现了一些处于亚稳态的fcc结构和hcp结构的钨。为了研究氦团簇周围压强对钨基体相变的影响,本文利用第一性原理对钨的三种结构进行了高压相变计算,发现静水压力不能使钨的三种结构互相转变。另外,通过对bcc钨和fcc钨中四面体间隙氦原子和八面体间隙氦原子电荷密度差的计算,发现bcc钨中四面体间隙氦原子的稳定性高于八面体间隙氦原子的稳定性,而在fcc钨中四面体间隙氦原子的稳定性弱于八面体间隙氦原子的稳定性。     

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     

银、钴和铂原子纳米团簇熔化过程的分子动力学模拟

本文采用分子动力学模拟方法,研究了银、钴和铂原子纳米团簇的熔化过程,模型采用的是Johson的EAM作用势.模拟结果表明,较大原子数目的纳米团簇其熔点随尺寸单调增加,而较小原子数目的团簇熔点和尺寸呈现无规则变化;大多数团簇在熔点附近都出现了负热容现象,说明负热容是纳米团簇在熔化过程中的一个普遍现象.     

硅团簇的结构及生长模式——紧束缚分子动力学：Si11—Si32

采用紧束缚分子动力学模拟硅团簇的结构，通过比较它们的结合能来确定基态结构，最后描绘出不同尺寸所对应的径向分布函数、角分布函数.模拟表明硅团簇在n=27处发生结构转变，从结构图上看，是由扁长结构向近球形结构转变.从径向分布函数图像、键角分布函数图像上也可以得到团簇结构在n=27处发生了变化，结构变得越来越紧密. 关键词： 硅团簇 紧束缚分子动力学 模拟退火 基态结构     

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.     

第十五届全国原子与分子物理学术会议:大尺寸贵金属纳米团簇热力学性质的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法和原子嵌入模型势模拟了大尺寸金（n=1136--1556）、银（n=1088--1724）、铜（n=1000--1600）、铂（n=1004--1800）原子纳米团簇的熔化过程,得出了相应纳米团簇的势能随温度的变化曲线以及热容量随温度的变化曲线,研究了各种原子纳米团簇熔点与其团簇尺寸的关系。模拟结果表明团簇的熔点随团簇尺寸增大而升高,并逐渐向大块晶体靠拢。所有纳米团簇在熔化过程中在熔点附近都出现负热容现象,通过对团簇熔化前后结构的比较研,分析了导致这种现象的原因。     

Al_2Be_N(N=1-12)团簇最低能量结构的稳定性和电子特性的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-311G水平上对Al2Ben(N=1～12)团簇的各种可能构型进行几何结构优化和频率分析,得到了团簇的最低能量结构.并对Al-Be最近邻键长,平均结合能,二阶能量差分,能隙和Al原子的电子位形进行了讨论.结果表明:Al原子掺杂对纯Be团簇结构影响不大:Al-Be最近邻键长和团簇的平均结合能随N的增加表现出了不同的变化趋势;Al原子的化合价出现了由一价到三价的变化;N=7是团簇的幻数.     

大尺寸贵金属纳米团簇热力学性质的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法和原子嵌入势模拟了大尺寸金(n=1136～1556)、银(n=1088～1724)、铜(n=1000～1600)、铂(n=1004～1800)原子纳米团簇的熔化过程,得出了相应纳米团簇的势能随温度的变化曲线以及热容量随温度的变化曲线,研究了各种原子纳米团簇熔点与其团簇尺寸的关系.模拟结果表明团簇的熔点随团簇尺寸增大而升高,并逐渐向大块晶体靠拢.所有纳米团簇在熔化过程中在熔点附近都出现负热容现象,通过对团簇熔化前后结构的比较,分析了导致这种现象的原因.     

Agn-1Si（n=5-10）团簇结构与性质研究

采用密度泛函理论研究了Agn-1Si团簇（n = 5-10）的几何结构和物理性质。首先得到体系最低能量结构，其中Ag5Si 和 Ag7Si团簇的结构比之前研究中结构能量更低。通过分析相应结构的能隙，平均结合能，二阶能量差可以发现Si原子的加入可以加强团簇结构稳定性，使团簇更加紧凑。在团簇尺寸n = 5-10的范围里，拥有八个价电子的Ag4Si团簇在以上三个方面都显示出非常稳定的特点。通过分析Agn-1Si团簇 (n = 5-10)的差分电荷发现，电荷的转移主要发生在Si原子与其相邻的Ag原子之间， Si原子和附近的Ag原子之间产生了强烈的共价相互作用，是团簇稳定性增强的重要原因。     

Ab initio study of neutral (TiO2)n clusters and their interactions with water and transition metal atoms

We have systematically investigated the growth behavior and stability of small stoichiometric (TiO(2))(n) (n = 1-10) clusters as well as their structural, electronic and magnetic properties by using the first-principles plane wave pseudopotential method within density functional theory. In order to find out the ground state geometries, a large number of initial cluster structures for each n has been searched via total energy calculations. Generally, the ground state structures for the case of n = 1-9 clusters have at least one monovalent O atom, which only binds to a single Ti atom. However, the most stable structure of the n = 10 cluster does not have any monovalent O atom. On the other hand, Ti atoms are at least fourfold coordinated for the ground state structures for n ≥ 4 clusters. Our calculations have revealed that clusters prefer to form three-dimensional structures. Furthermore, all these stoichiometric clusters have nonmagnetic ground state. The formation energy and the highest occupied molecular orbital (HOMO)-lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) gap for the most stable structure of (TiO(2))(n) clusters for each n have also been calculated. The formation energy and hence the stability increases as the cluster size grows. In addition, the interactions between the ground state structure of the (TiO(2))(n) cluster and a single water molecule have been studied. The binding energy (E(b)) of the H(2)O molecule exhibits an oscillatory behavior with the size of the clusters. A single water molecule preferably binds to the cluster Ti atom through its oxygen atom, resulting an average binding energy of 1.1 eV. We have also reported the interaction of the selected clusters (n = 3, 4, 10) with multiple water molecules. We have found that additional water molecules lead to a decrease in the binding energy of these molecules to the (TiO(2))(n) clusters. Finally, the adsorption of transition metal (TM) atoms (V, Co and Pt) on the n = 10 cluster has been investigated for possible functionalization. All these elements interact strongly with this cluster, and a permanent magnetic moment is induced upon adsorption of Co and V atoms. We have observed gap localized TM states leading to significant HOMO-LUMO gap narrowing, which is essential to achieve visible light response for the efficient use of TiO(2) based materials. In this way, electronic and optical as well as magnetic properties of TiO(2) materials can be modulated by using the appropriate adsorbate atoms.     

铟团簇结构和电子性质的密度泛函研究

用密度泛函方法研究了In_n(n=2～7)团簇的稳定结构和电子性质.结果表明:自旋多重度对结构的影响不大;对于基态结构,n≤5时为平面结构,n≥6时为立体结构,n=6为结构转变点;平均结合能曲线随团簇尺寸增大逐渐平缓;能隙、结合能的二阶差分和电离势随团簇尺寸的变化趋势完全一致,均反映出In_4团簇的基态结构较为稳定,具有较强的非金属性.     

铟团簇结构和电子性质的密度泛函研究

用密度泛函方法研究了Inn(n=2-7)团簇的稳定结构和电子性质。结果表明：自旋多重度对结构的影响不大;对于基态结构,n≤5时为平面结构,n≥6时为立体结构,n=6为结构转变点;平均结合能曲线随团簇尺寸增大逐渐平缓;能隙、结合能的二阶差分和电离势随团簇尺寸的变化趋势完全一致,均反映出In4团簇的基态结构较为稳定,具有较强的非金属性。     

第一性原理对Al_mSi_n(m=1,2;n=1～6)团簇结构与性质的研究

本文运用第一性原理对Al_mSi_n（m=1,2;n=1～6）团簇的结构与性质进行了研究.在BLYP的水平上进行了结构优化和频率分析,得到了团簇的最低能量结构.同时计算和讨论了A1_msi_n团簇的束缚能、总能的二阶能量差分和分裂能以及费米能随原子数的变化.研究结果表明:Al_mSi_n团簇在m+n<4时的几何结构是平面结构,从4个原子开始转为空间的立体结构;除AlSi₃和Al₂Si₂团簇外,Al_mSi_n（m=1,2;n=1～6）团簇的束缚能随原子数增加而减小;分析A1_mSi_n（m=1,2;n=1～6）团簇的二阶能量差分和分裂能发现:在m+n=3,5时,团簇都出现较稳定的结构.     

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.     

Structures and Electronic Properties ofCuN (N≤ 13) Clusters

A systematic study on the structures and electronic properties of copper clusters has been performed using the density functional theory. In the calculation, there are many isomers near the ground state for small copper clusters. Our results show that the three-dimensional isomers of copper clusters start from Cu₇ cluster and then show a tendency to form more compact structures. The results of the formation energy and the second derivative of binding energy with cluster size show that besides N = 8, N=11is also a magic number. Furthermore, it is the first time to find that the ground state of 11-atom clusters is a biplanar structure as same as the 13-atom cluster. The clear odd-even alternation as cluster size for the formation energy indicates the stability of electronic close shell existed in the range studied.     

Ga_(2n)(n=1～4)团簇自旋极化机理的密度泛函理论研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在广义梯度近似(GGA)下对Ga_(2n)(n=1～4)团簇进行了几何结构优化和结合能计算,并对其电子结构及成键特性进行了分析.结果表明,Ga_2,Ga_4团簇的基态都是自旋极化态,Ga_6团簇的能量局域极小的八面体结构也具有自旋极化;这些团簇的最外层分子轨道的空间分布是对称的,最外层分子轨道之间的能量相差很小,最外层分子轨道的近简并引起了自旋极化;对称性较高的团簇容易形成近简并的最外层分子轨道.     

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。