Cun(n=2-20)团簇的稳定性和电子性质的密度泛函研究

采用密度泛函理论中的PW91/DNP方法研究了Cun(n=2~20)团簇的稳定性和电子性质。结果表明：在n=2~8区间,平均结合能曲线几乎呈现线性增长;在n=9~20区间,平均结合能曲线相对较平缓。Cun(n=4, 7, 8, 17)团簇相对较稳定。Cun(n=2, 4, 8, 13, 19)团簇的能隙值相对较大,化学活性较弱。在n=2~20区间,垂直电离能略微大于绝热电离能, 绝热亲和能略微大于垂直亲和能。在n=2~9区间,电离能曲线呈现出显著的奇—偶振荡效应,即n为偶数团簇的电离能比临近奇数团簇的要大;亲和能曲线呈现出同电离能曲线相反的奇—偶振荡效应。     

Ge(SiO2)n团簇结构和电子性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)对Ge(SiO2)n (n = 1—7)团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和电子性质进行了计算。 结果表明,Ge(SiO2)n的最低能量结构是在(SiO2)n端位O原子以及近邻端位O原子的Si原子上吸附一个Ge原子优化得到;随着锗原子数的增加,增加的锗原子易与原来的锗原子形成锗团簇。掺杂锗原子后团簇的能隙比(SiO2)n团簇的能隙小,当多个Ge原子掺杂到(SiO2)3团簇时,其能隙随着Ge原子个数的增加出现了振荡,Gem(SiO2)3的能隙从可见光区到近红外光区变化。二阶能量差分、分裂能表明Ge(SiO2)2和Ge(SiO2)5团簇是稳定的。     

Mg_n~-,AlMg_(n-1)(n=2～13)团簇结构和电子性质的密度泛函理论研究

本文从第一性原理出发,利用密度泛函理论的B3PW91方法,在6-311G水平上对Mg-n,AlMgn-1(n=2～13)团簇进行了几何结构优化和频率分析,并对团簇的平均结合能,二阶能量差分,劈裂能等进行了计算.结果表明:与Mgn团簇相比,带负电Mg-n团簇的最低能量结构整体(除n=6,8,11)变化不大.Al原子的掺杂对Mgn(n=2～13)团簇的最低能量结构没有太大影响,Mgn,AlMgn-1团簇有类似的结构生长方式.带一个负电和掺杂一个Al原子均能使Mgn团簇的平均结合能增大,稳定性增强.并发现Mg-n(n=2～13)团簇在n=4,9时比较稳定,在n=11时稳定性较差,与实验结果一致;而等电子的AlMgn-1团簇在n=4,7,9时比较稳定.     

β石墨炔衍生物结构稳定性及电子结构的密度泛函理论研究

石墨炔衍生物比石墨烯具有更多样化的原子结构,因而具有潜在的更丰富的电子结构.通过第一性原理密度泛函理论研究方法系统研究了β石墨炔衍生物的结构稳定性、原子构型和电子结构.本文计算的β石墨炔衍生物系列体系由六边形碳环(各边原子数N=1—10)通过顶点相连而成.对结构与能量的计算分析表明:当N为偶数时,β石墨炔拥有单、三键交替的C—C键结构,其能量比N为奇数时,拥有连续C=C双键的石墨炔衍生物更稳定.计算的能带结构和态密度显示:根据碳环各边原子个数N的奇偶性不同,β石墨炔可呈现金属性(N为奇数时)或半导体特性(N为偶数时).该奇偶依赖的原子构型和电学性质是由Jahn-Teller畸变效应导致,与碳环各边原子碳链的实际长度无关.计算发现部分半导体β石墨炔(N=2,6,10)呈现狄拉克锥能带特征,其带隙约10 meV,且具有0.255×10~6—0.414×10~6m/s的高电子速度,约为石墨烯电子速度的30%—50%.本密度泛函理论研究表明,将sp杂化碳原子引入石墨烯六边形碳环的边上,可通过控制六边形各边原子个数的奇偶性调制其金属和半导体电子特性或狄拉克锥的形成,为免掺杂和缺陷调控纳米碳材料的电学性质和设计碳基纳米电子器件提供了理论依据.     

Ge( SiO2)n团簇结构和电子性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)对Ge(SiO2)n(n=1～7)团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和电子性质进行了计算.结果表明,Ge(SiO2)n的最低能量结构是在(SiO2)n端位O原子以及近邻端位O原子的Si原子上吸附一个Ge原子优化得到;随着锗原子数的增加,增加的锗原子易与原来的锗原子形成锗团簇.掺杂锗原子后团簇的能隙比(SiO2)n团簇的能隙小,当多个Ge原子掺杂到(SiO2)3团簇时,其能隙随着Ge原子个数的增加出现了振荡,Gem(SiO2)3的能隙从可见光区到近红外光区变化.二阶能量差分、分裂能表明Ge(SiO2)2和Ge(SiO2)5团簇是稳定的.     

Domain boundaries in silicene:Density functional theory calculations on electronic properties

By using density functional theory(DFT)-based first-principles calculations, the structural stability and electronic properties for two kinds of silicene domain boundaries, forming along armchair edge and zigzag edge, have been investigated. The results indicate that a linkage of tetragonal and octagonal rings(4|8) appears along the armchair edge, while a linkage of paired pentagonal and octagonal rings(5|5|8) appears along the zigzag edge. Different from graphene, the buckling properties of silicene lead to two mirror symmetrical edges of silicene line-defect. The formation energies indicate that the 5|5|8 domain boundary is more stable than the 4|8 domain boundary. Similar to graphene, the calculated electronic properties show that the 5|5|8 domain boundaries exhibit metallic properties and the 4|8 domain boundaries are half-metal.Both domain boundaries create the perfect one-dimensional(1D) metallic wires. Due to the metallic properties, these two kinds of nanowires can be used to build the silicene-based devices.     

压力下氯化钠型SnAs结构和电子性质的密度泛函理论研究

基于第一性原理计算方法研究了压力对氯化钠型SnAs结构和电子特性的影响。计算结果表明,晶格参数随着压力的增加而减小;状态密度显示随着压力的增加,As-p态的减小导致了SnAs 电导率降低。通过对电荷密度和Mulliken重叠布居的研究,分析了Sn和As原子之间的键合情况,表明了SnAs中共价键随着压力的增加而增强。进一步分析得知费米能级电子态密度的降低,可能导致了Tc的降低。     

密度泛函理论研究Scn,Yn和Lan(n=2—10)团簇的稳定性、电子性质和磁性

通过采用密度泛函理论对Sc2,Y2和La2基本性质的计算,选择在较优理论水平下系统地研究了Scn,Yn和Lan(n=2-10)团簇的几何结构、稳定性、电子性质和磁性及其随团簇尺寸的变化趋势.此同族三种团簇的稳定性由原子密堆集几何结构效应决定,幻数均表现出一致的结果.Lan团簇的能隙比Scn和Yn团簇的能隙大,计算获得了团簇的电离势和电子亲和势数据,Yn团簇的电离势与实验值相符,最小极化率规律可很好地表征团簇的稳定性.三种团簇均具有较大的磁矩,磁矩与团簇的自旋多重度、几何和电子结构密切相关,理论值与实验值符合较好,随着团簇尺寸的增加三种团簇的平均磁矩总体上都呈递减的趋势并有局部振荡的特征.     

Density functional study on the electronic properties of ZnS:Te

We performed density functional calculations on the electronic properties of zincblende ZnS with various impurities and defects involved. Our extensive calculations do not provide straightforward support for Te isoelectronic center being the origin for the high photoluminescence observed in the ZnS:Te system, while Te anti-site may be a possibility.     

密度泛函理论研究ScnO(n=1—9)团簇的结构、稳定性与电子性质

采用基于密度泛函理论的BP86/CEP-121G （O原子采用6-311G^**基组）方法,对Sc_nO （n=1—9）团簇的几何结构、能量与稳定性、电子结构性质及其随团簇尺寸的变化趋势进行了研究.随着团簇原子个数的增加,O原子从位于Sc_n团簇结构的边缘转变为占据团簇的内部位置.O原子的掺入增加了Sc_n团簇的稳定性,使其能隙升高,并改变了其稳定性及电子结构性质随团簇尺寸变化的规律;含有偶数个Sc原子的氧化物团簇比其周围邻近的含有奇数个Sc原子的氧化物团簇具有相对较高的稳定性.Sc_nO团簇电离势的理论计算值与实验值符合得较好,而其电子亲和势呈现振荡交替上升的变化趋势;用最大化学硬度规律等方法表征了Sc_nO氧化物团簇的稳定性和电子结构性质. 关键词： nO团簇')" href="#">Sc_nO团簇 几何结构 电子性质 密度泛函理论     

C60富勒烯-巴比妥酸及其二聚体几何结构和电子结构的密度泛函计算研究

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似,对C₆₀富勒烯-巴比妥酸及其二聚体的几何结构和电子结构进行了计算研究.发现：C₆₀富勒烯-巴比妥酸只有一种稳定结构,且掺杂巴比妥酸基团对C₆₀分子构型的影响是局域的.C₆₀富勒烯-巴比妥酸的二聚体有三种同素异构体,分别以［6,5］—［6,5］,［6,6］—［6,5］和［6,6］—［6,6］三种方式键合,从能隙大小顺序和总能相对大小来看,［6,6］—［6,6］结构最为稳定.电子结构方面,在C₆₀富勒烯-巴比妥酸单体中,Donor-Acceptor电荷转移体系为C₆₀富勒烯-巴比妥酸,即电荷是从C₆₀向巴比妥酸转移.由前线轨道和自旋布居数得知,C₆₀富勒烯-巴比妥酸单体很好地保留了C₆₀的电磁性质,但稳定性下降,易发生二次加成反应形成二聚体.对于C₆₀富勒烯-巴比妥酸二聚体,Mulliken电荷分析显示,在加成四元环处的碳原子分别得到0104e和0106e电荷,而与它们邻近的碳原子则失去电子,带有正电荷,且距加成位置越近的碳原子失去的电荷越多.在远离加成位置处,碳原子的净电荷变化相对较小.与单体152eV能隙相比,二聚体中的能隙为1.45eV.其前线轨道分布与单体相比,最高占据轨道几乎未变,但最低未占据轨道发生了很大变化. 关键词： 几何结构 电子结构 密度泛函     

Density functional theory study of the electronic and field emission properties of nitrogen- and boron-doped carbon nanocones

Using first-principles density functional theory, we have investigated the electronic and field emission properties of carbon nanocones (CNCs) doped with N or B with 60° disclination. Our findings are that the emission properties for the doped CNCs depend on the doping species, position, and concentration. Compared to pristine CNC, N-doped CNCs exhibit better field emission properties, in which as the doping concentration increases from 1.25% to 2.5% the maximum emission current at applied electric field of 0.3 V/Å increases from 0.94 μA (one N atom is doped at the position adjacent to the pentagon) to 2.90 μA (two N atoms are doped at pentagon). As for pristine CNC the emission current is only 0.21 μA. However, B-doping has no significant influence on the emission properties of CNCs. Our findings suggest that N-doped CNCs can be used as a candidate for cold-emission electron sources.     

Density functional theory study of structural stability for gas hydrate

Using the first-principles method based on the density functional theory(DFT),the structures and electronic properties of different gas hydrates(CO_2,CO,CH_4,and H_2) are investigated within the generalized gradient approximation.The structural stability of methane hydrate is studied in this paper.The results show that the carbon dioxide hydrate is more stable than the other three gas hydrates and its binding energy is-2.36 e V,and that the hydrogen hydrate is less stable and the binding energy is-0.36 e V.Water cages experience repulsion from inner gas molecules,which makes the hydrate structure more stable.Comparing the electronic properties of two kinds of water cages,the energy region of the hydrate with methane is low and the peak is close to the left,indicating that the existence of methane increases the stability of the hydrate structure.Comparing the methane molecule in water cages and a single methane molecule,the energy of electron distribution area of the former is low,showing that the filling of methane enhances the stability of hydrate structure.     

密度泛函理论研究MgnOn(n=2—8)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对MgnOn(n=2-8)团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和电子性质进行了计算.结果表明,当n=2,3时,团簇的最低能量结构是平面结构;当n≥4时.团簇的最低能量结构可以看成是由Mg2O2和Mg3O3单元组成的三维结构.O-Mg-O的钝角和较多的电荷转移对团簇的稳定性起着重要的作用.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.团簇的垂直电离势、亲和势和最高已占据轨道与最低未占据轨道的能隙表明,Mg3O3和Mg6O6是稳定的团簇.     

密度泛函理论研究硫族元素取代对单层Ag2S结构和电子性质的影响

本文利用第一性原理计算讨论了硫族元素掺杂单层Ag₂S的缺陷形成能和电子性质.缺陷形成能反映了在富Ag条件下的掺杂更容易.计算得到的带隙、Mulliken布居和态密度展示出了其相应结构的电子性质.与纯单层的Ag₂S相比,Se/Te掺杂Ag₂S后的带隙显示出其电导率变化不大.基于Mulliken原子和键布居,研究了硫族元素掺杂后Ag₂S中的共价性.此外,通过讨论态密度,分析了能级的移动和电子的贡献.     

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。     

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．     

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．