模拟淬火算法结合Gupta势研究Rh_n(n=2～100)团簇的基态特性北大核心CSCD

采用Gupta多体势结合分子动力学模拟淬火方法及遗传算法、分别求解了Rhn(n=2～100)团簇的最低能几何结构及能量,结果表明:与模拟淬火方法所得最低能结构(视为基态结构)相比,当铑团簇尺寸为60以下时,遗传算法基本可以找到全部基态(除Rh50以外);但随团簇尺寸增大遗传算法寻找基态结构效率明显下降.通过系统分析淬火结构势能分布图得出模拟淬火算法寻找团簇基态能量(结构)的有效温度区间,同时也进一步说明了该方法在寻找团簇基态结构时与团簇尺寸的非简单依赖关系.     

模拟淬火算法结合Gupta势研究Rhn(n=2~100)团簇的基态特性

采用Gupta多体势结合分子动力学模拟淬火方法及遗传算法、分别求解了Rhn（n=2～100）团簇的最低能几何结构及能量,结果表明：与模拟淬火方法所得最低能结构（视为基态结构）相比,当铑团簇尺寸为60以下时,遗传算法基本可以找到全部基态(除Rh50以外）;但随团簇尺寸增大遗传算法寻找基态结构效率明显下降．通过系统分析淬火结构势能分布图得出模拟淬火算法寻找团簇基态能量（结构）的有效温度区间,同时也进一步说明了该方法在寻找团簇基态结构时与团簇尺寸的非简单依赖关系．     

Morse团簇M_n(n=2-100)基态结构特性的模拟淬火算法研究

本文基于Morse两体势函数采用微正则系综分子动力学模拟淬火方法求解了Morse团簇M_n(n=2-100)的基态几何结构和能量.计算结果准确重复了剑桥数据库中已给出的M_n(n=5-80)团簇的最低能量值,体现出基于微正则系综的分子动力学模拟淬火方法在寻找团簇基态结构上的有效性.通过分析Morse团簇的平均束缚能、二阶差分能和一阶差分能、平均最近邻原子间距及平均配位数,得到n=13,19,23,26,39,46,55,71为团簇幻数数列,发现相较平均配位数的影响、团簇平均最近邻原子间距对Morse团簇基态结构的稳定性基本不产生作用.     

Morse团簇Mn（n=2-100）基态结构特性的模拟淬火算法研究

本文基于Morse两体势函数采用微正则系综分子动力学模拟淬火方法求解了Morse团簇Mn（n=2~100）的基态几何结构和能量．计算结果准确重复了剑桥数据库中已给出的Mn(n=5~80)团簇的最低能量值,体现出基于微正则系综的分子动力学模拟淬火方法在寻找团簇基态结构上的有效性．通过分析Morse团簇的平均束缚能、二阶差分能和一阶差分能、平均最近邻原子间距及平均配位数,得到n=13,19,23,26,39,46,55,71为团簇幻数数列,发现相较平均配位数的影响、团簇平均最近邻原子间距对Morse团簇基态结构的稳定性基本不产生作用．     

Rhn,Ptn(n=2～20)团簇基态结构的遗传算法研究

用遗传算法结合Gupta紧束缚模型势研究了Rhn, Ptn(n=2～20)团簇的最低能量结构.当n≤13时,两种团簇具有相似的几何结构,都从密堆积结构向二十面体结构演化;当n＞13时,铑团簇的基态结构倾向于有序结构,而铂团簇的基态结构则倾向于无序结构.Rhn, Ptn(n=2～20)团簇中每个原子的平均束缚能和配位数随团簇尺寸的增加而增大.能量的二阶差分给出Rhn, Ptn(n=2～20)团簇的幻数是4,6,13,15.     

Cd_nO_n(1≤n≤16)团簇光谱与电子性质的含时密度泛函理论研究

采用含时密度泛函理论对CdnOn(1≤n≤16)团簇的吸收光谱,能隙(HOMO-LUMO)及电子性质进行了模拟分析.结果表明,当n≤3时,团簇的最低能量结构为平面结构,当4≤n≤16时,团簇的最低能量结构为三维笼状结构.随着CdnOn(1≤n≤16)团簇尺寸的增大,团簇的吸收光谱逐渐红移,表现出较强的量子尺寸效应.团簇CdnOn(3≤n≤15)的吸收峰主要集中在可见光区.团簇的对称性越高,团簇的吸收峰越集中.     

Fen、Nin(n=2～100)团簇基态结构与能量的模拟淬火算法研究

采用Gupta多体势结合分子动力学模拟退火及淬火方法、分别求解了Fen及Nin(n=2～100)团簇的最低能几何结构及能量. 结果表明：在所研究尺寸范围内除少数团簇的结构不同外,两类团簇具有相似的基态几何结构,在两类团簇结构演化中皆存在类Ih、类Oh、类D5h和Ih&D5h互嵌套类构型之间的竞争;分析团簇二阶差分能和剩余能表明两类团簇共同的幻数序列为：n=13、19、23、38及55,不同处为Ni26及Fe75 也分别为相应体系幻数团簇．对两类团簇分析其平均最近邻原子间距及平均配位数均可给出幻数成因．在所研究团簇尺寸范围内二者平均结合能均表现出随团簇尺寸增大而总体增大的普遍趋势,但Ni团簇的能量演化明显快于Fe团簇,这与实验观测镍团簇磁性演化明显快于铁团簇是完全一致的．     

Fen、Nin(n=2～100)团簇基态结构与能量的模拟淬火算法研究

采用Gupta多体势结合分子动力学模拟退火及淬火方法、分别求解了Fen及Nin(n=2～100)团簇的最低能几何结构及能量. 结果表明：在所研究尺寸范围内除少数团簇的结构不同外，两类团簇具有相似的基态几何结构，在两类团簇结构演化中皆存在类Ih、类Oh、类D5h和Ih&D5h互嵌套类构型之间的竞争；分析团簇二阶差分能和剩余能表明两类团簇共同的幻数序列为：n=13、19、23、38及55，不同处为Ni26及Fe75 也分别为相应体系幻数团簇．对两类团簇分析其平均最近邻原子间距及平均配位数均可给出幻数成因．在所研究团簇尺寸范围内二者平均结合能均表现出随团簇尺寸增大而总体增大的普遍趋势，但Ni团簇的能量演化明显快于Fe团簇，这与实验观测镍团簇磁性演化明显快于铁团簇是完全一致的．     

第一性原理计算LiNBe(N=1～12)团簇的基态结构及其电子性质

从第一性原理出发利用密度泛函理论(DFT)计算了LiNBe(N=1-12)团簇的基态结构及其电子性质.计算结果表明:铍掺杂锂团簇LiNBe(N=1-12)的基态结构相当于Be原子取代LiN 1主团簇基态结构中一个Li原子的位置;当团簇尺寸N≥6时,杂质原子Be被束缚在主团簇笼子内;随着团簇尺寸增大,团簇的离解能和二阶能量差分均出现了奇-偶振荡;从结构稳定性上来看,Li6Be是个幻数团簇.     

Cu±13团簇几何和电子结构的密度泛函研究

借助遗传算法结合Gupta原子间相互作用势,本文采用密度泛函理论系统研究了带电Cu13±团簇的基态与低激发态的几何结构和电子结构,并与中性Cu13团簇的结果进行了对比.计算结果表明:对Cu13n(n=0,士1)团簇,高对称性几何构型在众多异构中无能量竞争性优势,团簇基态结构皆为非紧致低对称性结构,对Cu13-找到一种新的低对称性最低能结构;带电明显影响团簇结构稳定性,带电Cu13±团簇与中性Cu13团簇的结构稳定性序列显著不同;基态Cu13n (n=0,±1)团簇具有磁矩最小化效应,而其高对称性结构则有较大磁矩;计算所得Cu13团簇电离能及电子亲和势与实验结果相符.     

锗团簇Ge65, Ge70, Ge75的稳定结构及其电子结构性质

将两种全局结构搜索方法(压缩液态法、遗传算法)与锗的紧束缚势模 型相互结合, 对Ge₆₅, Ge₇₀, Ge₇₅的稳定结构进行了大规模的搜寻,提 出能量较低的可能结构, 然后进一步利用第一性原理方法对这些低能结构进行精确 的优化计算, 确定出了这三种尺寸团簇的基态结构. 发现这三种团簇各具有两种稳定的并且能量相近的异构体: 类球形和类椭球形, 这与实验上报道的大尺寸团簇Ge_n (65 ≤ n ≤ 80) 的结构特征相符合. 简要地分析了这三种团簇基态结构的电子性质. 关键词： 锗团簇 紧束缚势 遗传算法 压缩液态法     

密度泛函理论研究Bn Ni(n=6-12)团簇的结构和磁性

基于第一性原理,用密度泛函理论中的广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA)方法,在充分考虑自旋多重度的前提下,优化并得到了Bn(n=6一12)和BnNi(n=6-12)团簇的平衡构型,按照能量最低原理确定其基态结构.Bn团簇的计算结果与已有的理论结果相一致.当Ni原子掺杂在Bn团簇中,B12Ni团簇的基态结构为平面结构,其余均为三维结构.基态结构的自旋多重度除了n=8以外呈现2,l交替的规律.计算团簇基态结构的平均结合能(Eb)、团簇能量的二阶差分(△2 E)和能隙(HOMO.I.UMO,gap)均表明,l=8为B.Ni(,l=6一12)团簇的幻数,即B8Ni团簇较相邻团簇稳定.计算团簇的磁矩表明B8Ni团簇磁矩最大(2цB),团簇总磁矩和平均磁矩随团簇尺寸增大呈现奇偶振荡趋势且磁矩主要由Ni原子的3d轨道提供.     

密度泛函理论对Cd_nTe_n(1≤n≤12)团簇结构与性质的研究

采用基于密度泛函理论的DMol 3软件包对CdnTen(1≤n≤12)团簇的几何结构进行优化,并对其能量、频率以及电子性质进行模拟分析.结果表明,团簇CdnTen(1≤n≤12)与团簇CdnSen(1≤n≤12)具有相似的最低能量结构:当n=1～3时,团簇的最低能量结构是平面结构;当n=4～12时,团簇的最低能量结构可以看成是由Cd2Te2和Cd3Te3团簇的最低能量结构组成的三维笼状结构;当n=12时,Cd12Te12团簇的最低能量结构为一个完美的球壳.随着团簇尺寸的增大,转移的电荷逐渐增加,转移的电荷量有达到块体中电荷值的趋势.团簇的总能量二阶有限差分,平均结合能以及能隙都显示团簇的幻数为Cd3Te3,Cd6Te6和Cd9Te9.     

同族Ni,Pd小团簇熔化过渡异常现象

本文运用恒温分子动力学方法及淬火技术,模型采用Gupta作用势,研究了包含相同原子数目的Nin和Pdn (n=13,55,147) 团簇的熔化特性。模拟结果表明：与Ni晶体熔点低于Pd晶体熔点相比,体现出团簇熔化过渡异常现象：包含相同原子数的Ni团簇的熔点高于Pd团簇的熔点。随着团簇原子数的增加,Ni团簇和Pd团簇的熔点的差值在逐渐缩小。我们研究的三个尺寸的Ni团簇的熔点的范围大致为870K～1220K,而Pd团簇的熔点范围大致为650K～840K;相应三个尺寸的Ni团簇的基态与第一激发态能量差值范围为0.65eV～1.03eV,Pd团簇的基态与第一激发态能量差值范围为0.38eV～0.57eV。具有相同原子数目的Ni团簇的基态和第一激发态能量的差值都大于Pd团簇的基态和第一激发态能量差值,我们认为这是造成这种熔化过渡异常的主要原因。     

ConCu(38-n)(n=0～38)团簇基态结构和熔化行为

基于半经验的Gupta多体势采用遗传算法和分子动力学方法并结合模淬火技术,系统研究了ConCu(38-n)(n=0～38)团簇的基态结构与熔化行为．结果表明：除Co7Cu31团簇基态为类Ih结构外,其它ConCu(38-n)混合团簇的基态结构均是在单质Cu38（Co38）的Oh基态结构基础上的畸变;对于混合团簇的基态结构,随Co原子增加均表现出Co原子先占中心后占表面的特征;通过分析基态团簇二阶差分能和混合能表明Co7Cu31和Co14Cu24为幻数结构团簇;ConCu(38-n)混合团簇在熔化过程中均表现出热容曲线无明显宽峰的异常熔化行为;通过对团簇原子等价指数和淬火结构势能分布图对团簇异常熔化行为进行了分析表征,指出在团簇熔化过程中两种动力学稳定结构（类Oh结构与类Ih结构）之间的相互竞争对团簇熔化行为的重要影响．     

中性及其带电Cu_n(n=12-16)团簇体系的几何和电子结构的密度泛函理论研究

结合半经验Gupta原子间相互作用势及遗传算法,采用密度泛函方法系统计算研究了中性及带电Cu_n、Cu_n~±(n=12-16)团簇的基态与低激发态的几何结构与电子结构.结果表明:带电明显影响团簇结构稳定性,除Cu_(12)~-及Cu_(15)~+基态结构与相应中性团簇(Cu_(12)及Cu_(15)一致外,其它带电团簇基态结构与相应中性团簇均不相同;带电对团簇近基态同分异构现象也产生影响,全部带正电Cu_n~+(n=12-16)团簇均出现近基态同分异构体,而对中性及带负电团簇同分异构现象并不明显;计算所得Cu_n(n=12-16)团簇的电子离化能、电子亲和势及能隙的变化趋势均与实验结果相一致.     

Irn(n=2-25)团簇基态结构的遗传算法研究

用遗传算法结合Gupta紧束缚模型势研究了Irn(n=2-25)团簇的基态结构.分析了Irn(n=2-25)团簇的基态结构随团簇尺寸的变化规律.计算结果表明,Irn(n=2-25)团簇的每个原子的平均束缚能和平均第一近邻随团簇尺寸的增加而增大,以总束缚能的二阶差分为判据,Irn(n=2-25)团簇的幻数是4、7、9、13、15、19、23.     

B_nY(n=1—11)团簇的结构和电子性质

利用密度泛函理论TPSSh方法对B采用6-311+G(d),对Y采用Lanl2dz相对论有效势基组,研究了BnY(n=1—11)团簇的平均结合能、二阶能量差分、最高分子占据轨道和最低空轨道之间的能级间隙、极化率和第一静态超极化率等物理化学性质.结果表明,随着尺寸的增大,BnY(n=1—11)团簇的最低能量结构从平面逐步演变为立体结构.随硼原子数n的增加,团簇的平均结合能表明了较好的热力学稳定性,有利于Y掺杂B团簇形成较大的块体材料.二阶能量差分表明基态B3Y,B5Y和B7Y团簇较相邻团簇稳定.能隙表明了基态B3Y,B5Y,B7Y和B9Y的化学稳定性较高.综合说明BnY(n=1—11)硼团簇中,基态B3Y,B5Y和B7Y具有较好的稳定性.极化率表明基态BnY团簇的电子结构随B原子的增加趋于紧凑,第一静态超极化率表明基态B5Y,B4Y,B3Y和B6Y平面结构的团簇具有明显的非线性光学性质,为寻找性能优异的非线性光学材料提供了一定的参考.     

CdnOn（1≤n≤16）团簇光谱与电子性质的含时密度泛函理论研究

采用含时密度泛函理论对CdnOn（1≤n≤16）团簇的吸收光谱,能隙（HOMO-LUMO）及电子性质进行了模拟分析. 结果表明,当n≤3时,团簇的最低能量结构为平面结构,当4≤n≤16时,团簇的最低能量结构为三维笼状结构. 随着CdnOn（1≤n≤16）团簇尺寸的增大,团簇的吸收光谱逐渐红移,表现出较强的量子尺寸效应. 团簇CdnOn（3≤n≤15）的吸收峰主要集中在可见光区. 团簇的对称性越高,团簇的吸收峰越集中.     

中等尺寸磷团簇P_n(n=21-29)基态结构的遗传算法搜索

应用遗传算法结合第一性原理密度泛函理论,对中等尺寸的磷团簇体系P_n(n=21-29)做了全局搜索,研究其基态结构和电子性质.研究结果显示中等尺寸磷团簇的结构较为复杂,整体结构为管状链式结构,绝大部分没有对称性或对称性很低.团簇体系的二阶能量差分和HOMO-LUMO能隙都存在奇偶振荡,其中偶数尺寸的磷团簇要比奇数尺寸具有相对更高的稳定性.