Cr掺杂ZnO纳米线电子性质和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统的研究了Cr原子单掺杂和双掺杂两种尺寸ZnO纳米线的电子性质和磁性质.所有掺杂纳米线的形成能都比纯纳米线的形成能低,表明掺杂增强了纳米线的稳定性.研究发现Cr原子趋于替代纳米线表面的Zn原子.所有掺杂纳米线都显示了金属性.纳米线的总磁矩主要来源于Cr原子3d轨道的贡献.由于杂化,相邻的O原子和Zn原子也产生了少量自旋.在超原胞内,Cr和O原子磁矩反平行排列,表明它们之间是反铁磁耦合.表面双掺杂纳米线铁磁态能量比反铁磁态能量低149 meV,表明Cr掺杂ZnO纳米线可能获得室温铁磁性.     

Cr掺杂ZnS纳米管结构和磁性质

采用第一性原理密度泛函理论系统研究Cr原子单掺杂和双掺杂单壁ZnS纳米管的结构和磁性质.研究发现掺杂纳米管的形成能比纯纳米管的形成能低,说明掺杂过程是放热的.单掺杂纳米管的总磁矩主要来自Cr原子3d态的贡献.结果表明Cr原子掺杂单壁ZnS纳米管趋向于铁磁态.但铁磁态和反铁磁态的能量差仅为0.036 eV.为获得室温铁磁性,我们用一个C原子替代掺杂体系中的一个S原子.计算发现铁磁态的能量比反铁磁态低0.497eV.表明此掺杂体系可能获得室温铁磁性.     

Mn/C共掺杂ZnS纳米管磁性质研究

采用第一性原理密度泛函理论系统地研究Mn原子单掺杂和双掺杂ZnS纳米管的结构、电子性质和磁性质.掺杂纳米管的形成能比纯纳米管形成能更低,表明掺杂是个放热过程.掺杂纳米管的能隙远小于纯纳米管能隙.计算结果表明Mn掺杂纳米管趋于反铁磁态.为了获得室温铁磁性,用一个C原子替代一个S原子.发现铁磁态能量比反铁磁态能量低0.454 eV.如此大的能量差表明这类材料中有可能获得室温铁磁性.     

钒掺杂硫化锌团簇稳定性和磁性质研究

本文采用密度泛函理论研究了V原子单掺杂和双掺杂(ZnS)12团簇的几何结构和能量稳定性.我们考虑了三种掺杂方式:替代掺杂,外掺杂和内掺杂.单掺杂时,替代掺杂团簇是最稳定结构,而对于双掺杂,外掺杂团簇是最稳定结构.团簇磁矩主要来自V-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩.由于轨道杂化,相邻的Zn和S原子上也产生少量自旋.结果显示V原子间的磁性耦合是短程相互作用.相邻V原子之间的磁性耦合由直接的V-V反铁磁耦合和两个V和S原子之间通过p-d杂化产生的铁磁耦合这两中相互作用的竞争来决定.     

钒掺杂硫化锌团簇稳定性和磁性质研究

本文采用密度泛函理论研究了V原子单掺杂和双掺杂(ZnS)12团簇的几何结构和能量稳定性。我们考虑了三种掺杂方式：替代掺杂,外掺杂和内掺杂。单掺杂时,替代掺杂团簇是最稳定结构,而对于双掺杂,外掺杂团簇是最稳定结构。团簇磁矩主要来自V-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩。由于轨道杂化,相邻的Zn和S原子上也产生少量自旋。结果显示V原子间的磁性耦合是短程相互作用。相邻V原子之间的磁性耦合由直接的V-V反铁磁耦合和两个V和S原子之间通过p-d杂化产生的铁磁耦合这两中相互作用的竞争来决定。     

氧化锌/硫化锌异质纳米线结构和电子性质比较研究

用第一性原理方法系统研究氧化锌/硫化锌超晶格纳米线和核壳结构纳米线的结构和电子性质.结构优化后,氧化锌/硫化锌异质结构纳米线和纯氧化锌或硫化锌纳米线结构相似.对于两种异质结构纳米线,能带结构显示他们都是直接带隙半导体.对于氧化锌/硫化锌超晶格纳米线,随着径向厚度的增加,能带变的越来越水平.对于核壳结构纳米线,分波态密度显示它们都是Ⅱ型异质结构.研究有助于理解这类异质结构纳米线以及它们在电子发动机及光伏设备方面的应用.     

高压对氮化硼纳米管的几何结构、电子结构和光学性质的影响

运用密度泛函理论平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA),计算研究了纳米管BN(5,5)在不同压力条件下的几何结构、电子结构和光学性质. 在高压条件下管口形状发生了较大的变化. 与闪锌矿结构BN比较分析发现两种结构间存在一些性质上的差异：首先,在外压力作用下,BN(5,5)纳米管的带隙随压力增大而减小,变化率为-0.01795eV/GPa,而闪锌矿结构BN随压力增大而增大;其次光吸收谱在压力条件下,没有和闪锌矿结构BN一样发生“蓝移”,相反在红外方向有所拓展;但纳米管BN(5,5)电子的转移方向和关键词：氮化硼纳米管密度泛函理论(DFT)电子结构     

中等尺寸硫化锌团簇结构和稳定性

通过第一性原理方法研究中等尺寸硫化锌团簇(ZnS)_n(n=24,28,36,和48)的结构和稳定性.团簇初始结构主要通过手工搭建和从体材料中切割得来.研究表明:对于中等尺寸的团簇,空心的笼状和管状结构能量最低;随着团簇尺寸的增大,洋葱结构能量越来越低.此外,对中等尺寸硫化锌团簇,纤锌矿结构比闪锌矿结构更稳定.说明在小尺寸下,纤锌矿硫化锌结构更稳定.     

Fe掺杂单壁ZnS纳米管磁性质

采用第一性原理密度泛函理论系统研究Fe原子掺杂单壁ZnS纳米管的结构和磁性质.首先比较掺杂纳米管的稳定性.结果表明,掺杂纳米管的形成能比纯纳米管的形成能低,说明掺杂过程是一个放热反应.单掺杂纳米管的总磁矩等于掺杂的磁性原子的磁矩,主要来自Fe原子3d态的贡献.Fe原子掺杂单壁ZnS纳米管趋向于反铁磁态.为了得到稳定的铁磁态,用一个C原子替代掺杂体系中的一个S原子.计算发现铁磁态的能量比亚铁磁态低0.164 eV的.在铁磁态和反铁磁态之间存在的巨大的能量差,表明此掺杂体系可能获得室温铁磁性.     

Ni掺杂II-VI族团簇的稳定性和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统的研究了Ni原子单掺杂和双掺杂II-VI族(ZnTe)12和(ZnSe)12团簇的稳定性和磁性质。研究发现,Ni掺杂增强了团簇的稳定性。团簇磁矩主要来自Ni-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩。由于轨道杂化,相邻的Te、Se原子上也产生少量自旋。Ni原子之间的磁性耦合是短程相互作用。最重要的是,两种双掺杂团簇都存在铁磁耦合,在纳米量子器件领域有潜在的应用价值。     

Insights into the structures,stabilities, electronic and magnetic properties of X2Aun (X = La,Y, and Sc; n = 1–9) clusters: comparison with pure gold clusters

A systematic study of the X₂Au_n (X = La, Y, Sc; n = 1–9) clusters are performed by using the density functional theory at TPSS level. The structures, stabilities, electronic, and magnetic properties are investigated in comparison with pure gold clusters. The results show that the transition points of the doped clusters from two-dimensional to three-dimensional structure are obviously earlier than gold clusters. The impurity X atoms tend to occupy the most highly coordinated position and form the largest probable number of bonds with gold atoms. In addition, the impurity atoms can strongly enhance the stabilities of gold clusters. It indicates that the impurity atoms dramatically affect the geometries and stabilities of the Au_n clusters. The highest occupied molecular orbital–lowest occupied molecular orbital gap, vertical ionisation potential, and chemical hardness show that the X₂Au₆ clusters have higher stabilities than the others. In La₂Au_1–9, Y₂Au_1–7, and Sc₂Au_1–4 clusters, the charges transfer from X atoms to the Au_n frames. The total magnetic moments of X₂Au_n clusters exist distinctly odd–even alternation behaviours except for La₂Au₄ and Sc₂Au₄ clusters.     

InC_n~+(n=1-10)团簇的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论的B3LYP方法,在LANL2DZ水平上对碳基混合团簇InC_n~+(n=1—10)进行了系统研究,得到了这个团簇体系的最稳定几何构型以及基态结构的电子态、最低振动频率、总能量、自旋污染期望值、偶极距、转动常数等.计算结果显示:团簇的最稳定结构是In原子位于碳链末端的直线型构型;n为偶数的基态是三重态,除InC~+外,n为奇数的基态是单态.通过对增量结合能和能量二阶差分的计算和分析可以得出,随着团簇尺寸的增加,团簇的稳定性表现出强烈的奇强偶弱振荡规律.电离能的计算结果进一步证实了这种振荡规律的正确性.对系列团簇基态的磁性研究表明,团簇的磁矩随团簇尺寸的增加呈现出明显的奇弱偶强振荡规律.极化率的计算结果显示,极化率张量的平均值及各向异性不变量都随着团簇尺寸的增大而增大.     

二氧化硫在改性BC_3表面的吸附特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法观察修饰不同原子(Mo,Pt,Si)来调控BC_3体系的表面结构和反应活性.研究发现:单个原子吸附在BC_3表面具有不同的稳定位,Pt和Si原子吸附在H1位稳定,而Mo原子吸附在H2位稳定.单个原子在完整结构BC_3表面的扩散势垒较小,而掺杂的原子在单空位缺陷BC_3体系中具有极高的稳定性( 6.5 eV),这些掺杂原子显正电性能够有效地调制BC_3体系的电子结构、磁性以及影响二氧化硫(SO_2)的吸附强弱.与Pt原子掺杂的BC_3体系(Pt-BC_3)相比,单个SO_2分子在Si-和Mo-BC_3体系上的吸附能较大,表现出较高的灵敏特性.该研究为设计类石墨烯基功能纳米材料提供参考.     

H20@C80F60结构稳定性和电子性质的密度泛函研究

采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)方法中的广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA),对H20@C80F60结构稳定性和电子性质进行了计算研究.结果表明： H20@C80F60的反应热为236.73eV,大于H20@C80H60的反应热,同时它具有一个3.57eV的较大能隙,说明H20@C80F60具有良好的稳定性．电子结构分析表明：H20@C80F60的最低未占据轨道主要由H原子贡献,而最高占据轨道主要由C原子和F原子贡献,H20@C80F60得电子能力较H20@C80H60有了显著增强．此外,H20@C80F60与H20@C80H60类似,都为闭壳层结构,所有电子均配对,表现为非磁性．     

Structures,stabilities,and electronic properties of GaAs tubelike clusters and single-walled GaAs nanotubes

<正>The geometric structures,stabilities,and electronic properties of(GaAs)_n tubelike clusters at up to n=120 and single-walled GaAs nanotubes(GaAsNTs) were studied by density functional theory(DFT) calculations.A family of stable tubelike structures with a Ga-As alternating arrangement were observed when n≥8 and their structural units (four-membered rings and six-membered rings) obey the general developing formula.The average binding energies of the clusters show that the tubelike cluster with eight atoms in the cross section is the most stable cluster.The sizedependent properties of the frontier molecular orbital surfaces explain why the long and stable tubelike clusters can be obtained successfully.They also illustrate the reason why GaAsNTs can be synthesized experimentally.We also found that the single-walled GaAsNTs can be prepared by the proper assembly of tubelike clusters to form semiconductors with large band gaps.     

H20@C80F60结构稳定性和电子性质的密度泛函研究

采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)方法中的广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA),对H20@C80F60结构稳定性和电子性质进行了计算研究.结果表明： H20@C80F60的反应热为236.73eV,大于H20@C80H60的反应热,同时它具有一个3.57eV的较大能隙,说明H20@C80F60具有良好的稳定性．电子结构分析表明：H20@C80F60的最低未占据轨道主要由H原子贡献,而最高占据轨道主要由C原子和F原子贡献,H20@C80F60得电子能力较H20@C80H60有了显著增强．此外,H20@C80F60与H20@C80H60类似,都为闭壳层结构,所有电子均配对,表现为非磁性．     

C80H80几何结构和电子性质的密度泛函研究

采用密度泛函理论方法中的广义梯度近似,对C₈₀H₈₀几何结构和电子性质进行了研究. 几何结构研究表明:在C₈₀H₈₀可能稳定存在的两种同分异构体中, 连接12个五边形的20个C原子内部氢化,其余60个C原子外部氢化所形成的结构即 H₂₀@C₈₀H₆₀最稳定,其仍然保持I_h对称性. 通过对H₂₀@C₈₀H₆₀的能级、前线轨道和态密度分析可知: 在H₂₀@C₈₀H₆₀中, H原子的原子轨道与C原子的原子轨道之间在占据态轨道上有较强的杂化, H原子对H₂₀@C₈₀H₆₀的占据态轨道的贡献比较大. 其最高占据轨道主要由外部H原子和碳笼来贡献,而最低未占据轨道主要由内部H原子贡献, 表明内外H原子在H₂₀@C₈₀H₆₀的化学反应中承担不同的角色. H₂₀@C₈₀H₆₀为闭壳层结构,所有电子都是配对的,表现为非磁性.