Fe、Co、Ni混合团簇磁性的密度泛函研究

基于13原子二十面体结构,采用密度泛函方法系统计算研究了Fe、Co及Ni单质及二元混合团簇的磁性.发现有限温度下团簇磁性随结构畸变的敏感性随Fe、Co、Ni顺序逐渐减弱,同时发现二十面体结构Fe_(13)及Co_(13)均具有不同磁矩的近简并低能态.对FeNi及CoNi混合团簇、其磁矩随组分的变化不存在反常现象,但对于FeCo混合团簇、其磁矩随组分的演化行为存在个别反常现象.我们认为:这种反常现象能够对FeCo非晶合金中的实验观测结果提供一种可能的理论解释.     

Cu-Co双金属团簇结构演化及其性质的分子动力学模拟

采用分子动力学结合嵌入原子方法对比研究了Co分布于Cu-Co团簇不同层的结构和性质.研究表明:Co原子分层掺杂可对团簇的结构转变点和熔点进行诱导控制;分层掺杂的Cu-Co团簇第一相变是一种扩散度较小的由立方八面体转变为二十面体的相变;Co原子易于向低能态团簇的亚表层(111)面偏析,从而诱导团簇结构紊乱,造成其熔点差异.     

Zr基大块非晶中添加元素对非晶形成能力及耐蚀性的影响

运用实空间递归方法研究了添加元素Nb,Ta,Y,La对Zr基非晶合金的非晶形成能力和耐腐蚀性能的影响.用计算机编程构造了Zr基非晶中初始晶化相Zr₂Ni的原子结构模型,用Zr₂Ni中的二十面体原子团簇模拟非晶中的二十面体团簇.计算了替代二十面体中心或顶角位置原子前后Ni,Zr及合金元素的局域态密度、团簇中心Ni与近邻Zr原子及Ni与替代元素Nb,Ta,Y,La间的键级积分,还计算了合金元素替代前后团簇的费米能级.局域态密度计算结果表明：合金元素Cu占据二十面体团 关键词： 电子结构 Zr基大块非晶 非晶形成能力 耐蚀性     

Cu-Co双金属团簇结构演化及其性质的分子动力学模拟

采用分子动力学结合嵌入原子方法对比研究了Co分布于Cu-Co团簇不同层的结构和性质. 研究表明：Co原子分层掺杂可对团簇的结构转变点和熔点进行诱导控制;分层掺杂的Cu-Co团簇第一相变是一种扩散度较小的由立方八面体转变为二十面体的相变;Co原子易于向低能态团簇的亚表层（111）面偏析, 从而诱导团簇结构紊乱, 造成其熔点差异.     

Al12N、Al12B团簇结构和电子性质的密度泛函计算

利用密度泛函理论研究了Al12N和Al12B团簇的原子结构和电子性质,通过各种异构体的比较,发现两种掺杂团簇的最低能量结构都是完好的二十面体(Ih)结构,N(B)原子占据在二十面体的中心.高对称性团簇形成稀疏离散的电子态密度和大的电子能隙.在Al-N之间发生较大的电荷转移.因此我们建议把Al12N团簇看作是碱金属超原子,Al12B团簇看作是卤素超原子,用来构造团簇组装固体.     

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.     

Sc_(13)团簇的稳定性和磁性研究

使用梯度修正的密度泛函理论,对Sc_(13)团簇的稳定性和磁性进行了广泛的研究.与邻近钪团簇,或者与其它13-原子3d过渡金属团簇相比,Sc_(13)团簇的基态结构二十面体具有最高对称性,结构和磁性均表现出高的稳定性.由于二十面体的高对称性,Sc_(13)团簇的对称性分子轨道为晶体场分裂壳层9A_g(1),10T_(1u)(3),8H_g(5),10A_g(1),6T_(2u)(3),11T_(1u)(3),3G_g(4),3G_u(4),and 9H_g(5).20个价电子以类似于凝胶模型的1S~21P~61D~(10)2S~2壳层填充前四组壳层,其余19个价电子依据洪德法则填充后五组壳层,从而产生了19.0μB的磁矩.5个半填充的晶体场分裂壳层与离域价电子填充的1S~21P~61D~(10)2S~2类壳层导致了稳定的高磁矩Sc_(13)团簇.     

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.     

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.     

Ag309团簇升温过程中结构转变的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟研究了具有面心立方(fcc)晶格结构的截断八面体Ag309团簇升温过程中结构演变.对团簇的能量曲线变化、快照图演变和键对分析表明:无缺陷截断八面体Ag309团簇在410 K时转变为二十面体,在840 K时熔化;不同缺陷诱导二十面体结构转变温度异常变化,沿晶面滑移缺陷使二十面体转变温度升高,沿晶面旋转缺陷使二十面体结构转变温度降低;不同缺陷对团簇键型和势能产生的影响是使二十面体结构转变温度异常变化的主要诱导因素.这种通过缺陷控制团簇结构转变的研究为新型纳米结构的可控制备提供理论基础.     

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.     

快凝过程中液态Cu64Zr36合金二十面体团簇遗传与演化跟踪

采用分子动力学方法模拟研究了液态Cu₆₄Zr₃₆合金在冷速50 K/ns下 的快速凝固过程, 并通过双体分布函数、Honeycutt-Andersen (H-A) 键型指数和团簇类型指数对其微结构演变特性进行了分析. 液态与快凝玻璃合金的主要原子组态都是二十面体(12 0 12 0)及其变形结构 (12 8/1551 2/1541 2/1431), 其中比例最高的是Cu芯Cu₈Zr₅基本原子团, 其次是Cu₇Zr₆和Cu₉Zr₄团簇; 并且由这些二十面体基本原子团铰链形成的中程序, 其尺寸分布在液相和固相中分别呈现出13, 19, 25,···和13, 19, 23, 25, 29, 37,···的幻数特征. 团簇的演化与跟踪分析发现: 没有任何团簇能从液态直接遗传到固态合金, 遗传的起始温度出现在T_m–T_g过冷液相区. 二十面体团簇的遗传主要以完全和直接遗传为主, 并且一个明显的增加发生在T_g附近. 在玻璃化转变温度T_g以下, (12 0 12 0) 二十面体比 (12 8/1551 2/1541 2/1431) 变形二十面体具有更高的结构遗传能力, 但仅有少部分在遗传过程中能保持化学成分的恒定. 通过部分遗传, 某些二十面体中程序甚至也能从过冷液体中被遗传到玻璃合金. 关键词： 快速凝固 分子动力学 二十面体团簇 遗传     

源于“团簇-共振”模型的理想金属玻璃电子化学势均衡

理想金属玻璃是指完全满足电子结构稳定性的金属玻璃. 在我们前期工作中提出的“团簇加连接原子"及理想金属玻璃的“团簇-共振"结构模型的 基础上, 本文指出理想金属玻璃应该满足电子化学势均衡判据, 可定量给出团簇与连接原子的比例, 最终确定了理想金属玻璃成分式[团簇](连接原子)_x. 运用此判据, 解析了Cu-Zr基和Co-B基块体金属玻璃, 实验确定的最佳形成能力成分满足电子化学势均衡.     

Icosahedral medium-range order formed in Mg70Zn30 metallic glass: a larger-scale molecular dynamics simulation

A larger-scale Mg70Zn30 alloy system including 100000 atoms has been simulated by using the molecular dynamics method to investigate the icosahedral medium-range order (IMRO) formed in the Mg70Zn30 metallic glass. It is found that the simulated pair distribution function of Mg70Zn30 metallic glass is in good agreement with the experimental results. The glass transition temperature Tg is near 450 K under the cooling rate of 1×1012 K/s. The icosahedral local structures play a critical role in the formation of metallic glass, and they are the dominant local configurations in the Mg70Zn30 metallic glass. The IMRO in the Mg70Zn30 metallic glass is characterized by certain types of extended icosahedral clusters combined by intercross-sharing atoms in the form of chains or dendrites. The size distributions of these IMRO clusters present a magic number sequence of 19, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39,. . . , and the magic clusters can be classified into three types according to their compactness. The IMRO clusters grow rapidly in a low-dimensional way with cooling, but this growth is limited near Tg.     

密度泛函理论研究CO与Nin（n=1—6）团簇的相互作用

采用密度泛函理论对CO吸附在镍团簇表面进行了系统研究.结果表明,Ni_nCO团簇的最低能量结构是在Ni_n团簇最低能量结构的基础上吸附CO生长而成,CO的吸附没有改变Ni_n团簇的结构;CO分子在Ni_n团簇表面发生的是非解离性吸附,与优化的CO键长（0.1138?nm）相比,吸附后C—O键长变长（0.1180—0.1214?nm）,表明吸附后C—O键被削弱,CO分子被活化.自然键轨道分析表明,CO分子只与最近邻的Ni原子发生相互作用;CO分子与Ni原子相互作用的本质是CO分子内的杂化轨道与Ni原子3d, 4s, 4p轨道相互作用的结果. 关键词： nCO团簇')" href="#">Ni_nCO团簇 n团簇')" href="#">Ni_n团簇 平衡结构 电子性质     

GEOMETRIC AND ELECTRONIC STRUCTURES OF Ti8C12 CLUSTER

The electronic structure of Ti₈C₁₂ clusters with three possible geometric structures suggested in the literature is studied using the discrete-variational local-density-functional method. The results show that the ground states of the clusters are all degenerate, which means further Jahn-Teller distortions for the geometric structures of clusters. The results also indicate that the distorted dodecahedral Ti₈C₁₂ cluster, which is proposed by Guo et al. and optimized by the first principle calculations, is the most stable one among the clusters we considered and its electronic structure can explain the experimental observations. In this cluster, there is a strong pd bonding between Ti and C atoms, and the density of states at the Fermi energy is high.     

Competition between face-centered cubic and icosahedral cluster structures

The binding energy of atoms in icosahedral and face-centered-cubic clusters is calculated numerically for pairwise Morse-potential interactions between atoms and for clusters containing from 561 to 923 atoms, which corresponds to gradual filling of the sixth layer of the icosahedral cluster. Perturbation theory is used to calculate the cluster binding energy, in which the small parameter is the ratio of the interaction energy between non-nearest neighbor atoms to the interaction energy between nearest neighbors. Values of the Morse interaction potential parameter are found for which the energies of clusters with different structures coincide. Under the conditions used in these computations, the strain energy of a cluster can be neglected. Although the contribution of the interaction energy between non-nearest neighbors to the total cluster energy is small, it turns out to be important in finding the level crossing parameter. Zh. éksp. Teor. Fiz. 112, 1082–1090 (September 1997)     

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.     

Icosahedral order in Cu-Zr amorphous alloys studied by means of X-ray absorption fine structure and molecular dynamics simulations

We have used the X-ray absorption fine structure method and molecular dynamics (MD) simulations to characterize atomic order in Cu-Zr metallic glasses (MGs). The microstructure of these MGs is described in terms of interconnected icosahedral-like clusters (superclusters) which are basic building units reproducing the stoichiometry of the system. The equilibrium MD configurations are used as an input for ab initio calculations of the extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) and X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectra. The theoretical EXAFS and XANES spectra are compared with those measured for rapidly quenched glassy Cu-Zr alloys. We demonstrate that the experimental results are well reproduced by EXAFS modeling of the population of the superclusters derived from the MD configuration. The average local structural motif can be approximated by Cu-centered icosahedral-like cluster satisfying the condition of maximal local packing efficiency and approximating the system stoichiometry. The simulated XANES exhibits good agreement with experiment, indicating that the atomic order of the MD configuration is consistent with that of the real alloy structure over distances of about 1?nm.     

First Principle Calculation on AunAg2 （n = 1 - 4） Clusters

The first-principles method based on density-functional theory is used to investigate the geometries of the lowest-lying isomers of AunAg2 （n = 1 - 4） clusters. Several low-lying isomers are determined, and many of them in electronic configurations with a high spin multiplicity. The stability trend of Ag-doped Aun dusters is compared to that of pure Aun clusters. Our results indicate that the inclusion of two Ag atoms in the clusters lowers the cluster stability, indicating higher stability as the structures grow in size. The bigger energy difference between the Aun and AunAg2 curves as the structures grows in size. This information will be useful to understanding the enhanced catalytic activity and selectivity gained by using silver-doped gold catalyst.