BnTi(n=1-12)团簇的结构, 电子性质和磁性

利用密度泛函理论广义梯度近似方法得到了BnTi(n=1-12)团簇的基态结构, 并讨论了电子性质和磁性质. 结果表明, n≤5 时, BnTi 基态结构呈平面或准平面, n>5 时, Ti 原子倾向于与较多的B 原子成键而呈三维结构. 由二阶能量差分得出B3Ti, B5Ti, B10Ti 为幻数团簇. Mulliken 布居分析显示BnTi 团簇中电荷由Ti 原子向近邻B 原子转移且以共价键与离子键共存; 除BTi 磁矩为5 μB 外, 其余团簇磁矩处于0-2 μB 之间; 团簇总磁矩主要由Ti 原子的3d 轨道和个别B 原子提供. B3Ti和B7Ti 团簇中, B 原子表现为反铁磁性.     

Bn(n =2-15)团簇的几何结构和电子性质

应用密度泛函理论中的B3LYP方法计算并分析了不同生长模式下Bn(n= 2-15)团簇的几何结构及电子性质.同时,比较和讨论了不同生长模式下硼团簇的原子束缚能、能级间隙和第一电离势.研究表明:直线构型稳定性最低,金属性较强,尤其在n=8时能隙仅有0.061eV,说明该团簇已具有金属特征.平面或准平面构型稳定性最高,非金属性强.立体构型的稳定性与金属性介于直线和平面构型之间.另外,还讨论了基态团簇的束缚能、能量二阶差分、能级间隙和第一电离势随团簇尺寸的变化,结果表明B12与B14是幻数团簇.     

Mon(n=2-13)和MonC(n=1-12)团簇的几何结构和电子结构

结合遗传算法和CALYPSO软件,采用密度泛函理论,对Mo_n(n=2-13)及Mo_nC(n=1-12)团簇基态的几何结构与电子结构展开详细研究.通过计算其基态结构的平均键长、平均结合能、二阶差分能、分裂能和前线轨道能级,对基态结构的稳定性随总原子数变化的关系展开了研究.计算结果表明,Mo_n团簇基态结构的稳定性可通过掺杂单个C原子而提高.综合团簇的二阶差分能、分裂能可知,n=6,9时Mo_n团簇的稳定性较高,n=4,7,10时Mo_nC团簇的稳定性较高.     

第一性原理对SinMg(n=1-12)团簇结构、稳定性与电子性质的研究

运用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-311G基组水平上对 团簇进行了构型优化、频率分析与电子性质计算.同时讨论了团簇的平均结合能、能级间隙、二阶能量差分、自然电子布居、极化率.研究结果表明： 团簇的基态绝大多数为立体结构. 时,体系的基态为自旋三重度, 时,则为单重态.镁原子的掺入使得主团簇的电子性质发生了明显的变化,掺杂使体系的平均结合能降低,能隙减小,化学硬度减小,电子亲和能增大.电子总是从 原子向 原子转移.团簇中原子之间的成键相互作用随n的增大 而增强,团簇的电子结构随n的增大而趋于紧凑.     

AunLa(n=1-8)团簇的密度泛函研究

采用密度泛函理论（DFT）中的杂化密度泛函B3LYP方法,在LANL2DZ基组水平上研究了AunLa (n=1-8)团簇的几何结构。计算并讨论了基态结构稳定性及电子性质。结果表明,当n=3-8时,基态结构均为三维结构且La原子趋向与更多的Au原子结合。团簇二阶能量差分,能隙和化学硬度计算结果显示除了AuLa外,具有偶数数目的团簇比奇数数目的团簇具有更好的稳定性,其中,Au3La团簇的稳定性相对较好。     

InC_n~-(n=1-10)团簇结构和磁性的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在LANL2DZ水平下系统研究了碳基混合团簇InC_n~-(n=1-10)的结构、稳定性和磁性.同时,分析了基态结构的电子态、最低振动频率、总能量、自旋污染期望值、偶极距、转动常数等.计算结果表明:团簇的最稳定构型是In原子位于一端的直线型或准直线型结构;n为偶数的团簇的基态是单态,n为奇数的团簇的基态是三重态.通过对增量结合能和能量二阶差分的计算得出:随着团簇尺寸的增加,团簇的稳定性表现出强烈的奇弱偶强振荡规律;电子亲和势EAad的计算结果进一步证实了这种振荡规律的正确性.通过对系列团簇基态的磁性分析得到的结论是:团簇的磁矩随团族尺寸的增加呈现出明显的奇强偶弱的振荡特性.     

AlnCum (n=2-6, m=1-3)团簇的几何与电子结构

本文利用密度泛函理论研究了Al_nCu_m(n=2-6,m=1-3)团簇的几何结构、稳定性和电子结构.结合能、解离能以及最高占据轨道(HOMO)和最低未占据轨道(LUMO)之间的能隙的分析表明8和20价电子的Al₂Cu₂和Al₆Cu₂团簇具有较强的稳定性.通过对团簇的分子轨道和能级结构进行分析,结果表明8和20价电子的Al₂Cu₂和Al₆Cu₂团簇的分子轨道与凝胶模型预测的一致,可构成闭合壳层,表现出特别的稳定性.Cu原子定域的3d轨道位于团簇的分子轨道之间,但并未影响团簇分子轨道的分布.     

Ge_nMn(n=1-13)团簇的稳定结构、电子性质和磁性研究

基于全电子的密度泛函理论,对GenMn(n=1-13)团簇的结构和电子、磁特性进行了研究,结果表明:GenMn(n=1-7)团簇的最稳定结构是在Gen+1团簇的最稳态结构的基础上用Mn原子替代一个角位的Ge原子获得;纯锗团簇的稳态结构为空心的笼状或扁长的棒状构型,而GenMn(n=8-13)趋于以二十面体为基础生长,即掺杂Mn可以使锗团簇趋于密实结构生长;除Ge3Mn团簇的总自旋磁矩是5μB外,其他掺杂团簇总自旋磁矩都是3μB或1μB,而且主要是由Mn原子3d轨道电子提供的,且3d轨道的磁矩大小与4s,3d轨道间电子的转移程度有着直接的关系;计算得到的Mn原子居于中心的六棱柱形结构的Ge12Mn团簇,无论是几何结构还是化学活性方面都是最稳定的.     

GenMn(n=1-13)团簇的稳定结构、电子性质和磁性研究

基于全电子的密度泛函理论,对GenMn (n=1-13)团簇的结构和电子、磁特性进行了研究,结果表明：GenMn(n=1-7)团簇的最稳定结构是在Gen+1团簇的最稳态结构的基础上用Mn原子替代一个角位的Ge原子获得;纯锗团簇的稳态结构为空心的笼状或扁长的棒状构型,而GenMn(n=8-13)趋于以二十面体为基础生长,即掺杂Mn可以使锗团簇趋于密实结构生长;除Ge3Mn团簇的总磁矩是5μB外,其他掺杂团簇总磁矩都是3μB或1μB,而且主要是由Mn原子3d轨道电子提供的,且3d轨道的磁矩大小与4s,3d轨道间电子的转移程度有着直接的关系;计算得到的Mn原子居于中心的六棱柱形结构的Ge12Mn团簇,无论是几何结构还是化学活性方面都是最稳定的．     

第一性原理对Si_nMg(n=1～12)团簇结构、稳定性与电子性质的研究

运用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-311G基组水平上对SinMg(n=1～12)团簇进行了构型优化、频率分析与电子性质计算.同时讨论了团簇的平均结合能、能级间隙、二阶能量差分、自然电子布居、极化率.研究结果表明:SinMg(n=1～12)团簇的基态绝大多数为立体结构.n=1时,体系的基态为自旋三重度,n≥2时,则为单重态.镁原子的掺入使得主团簇的电子性质发生了明显的变化,掺杂使体系的平均结合能降低,能隙减小,化学硬度减小,电子亲和能增大.电子总是从Mg原子向Si原子转移.团簇中原子之间的成键相互作用随n的增大而增强,团簇的电子结构随n的增大而趋于紧凑.     

Ptn(n=1-9)团簇结构及磁性的第一性原理计算

采用密度泛函理论中的广义梯度近似泛函BPW91和三参数杂化密度泛函B3LYP研究Ptn团簇的结构,稳定性和磁性.两种方法得到了相同的稳定结构,基态结构也相同,只是次稳定结构的稳定顺序稍有不同.两种方法得到的平均配位数和平均键长有相似的变化规律,总体上随团簇尺寸的增大而增大,n=2-3时增幅较大,n=4-9时增幅较小,且有一定的振荡.两种方法得到团簇能量的二阶差分、分裂能、HOMO-LUMO能隙随团簇尺寸的演化都没有表现出明显的奇偶振荡行为,但在n=2、5、8时均有较大的值,说明相对应的团簇具有较高的稳定性.两种方法得到团簇的平均每原子磁矩随团簇尺寸的增大有逐渐减小的趋势,个别团簇有振荡.结果表明两种泛函都可以描述团簇结构、稳定性和磁性.     

(CoMn)n(n=1~5)合金团簇的结构和磁性

采用密度泛函理论中的局域自旋密度近似和广义梯度近似对(CoMn)n(n=1～5)团簇的几何构型进行优化、能量、频率和磁性计算,确定了团簇的基态,对其基态的磁性和电子结构进行了系统研究,并与相对应的一元团簇进行了结构和磁性比较.研究表明,两种方法确定的基态构型基本一致,当n=1～4时,等比CoMn二元合金团簇的几何形状仍与一元团簇相同;(CoMn)3和(CoMn)4团簇出现了磁性双稳态,显示铁磁性和反铁磁性耦合;二元CoMn合金团簇中Co、Mn原子磁性仍能保持一元Co、Mn团簇基态的磁性.     

Pdn(n=1~9)团簇的结构及磁性的第一性原理计算简

采用密度泛函理论中的广义梯度近似泛函BPW91和三参数杂化密度泛函B3LYP对Pdn(n=1~9)团簇的结构、稳定性和磁性进行了详细的计算.两种泛函得到了相同的稳定结构,除n=3、4外,两种方法得到的基态结构是完全一致的,但在n=3、4时用三参数杂化密度泛函B3LYP得到的基态结构与文献[8,9,23]的相同.两种方法得到的平均配位数和平均键长有相似的变化规律,总体上随团簇尺寸的增大而增大,n=2~5时,增幅较大,n=5~9时,增幅较小.两种方法得到团簇能量的二阶差分、分裂能在n=4时均有较大的值,说明相对应的团簇具有较高的稳定性、较低的化学活性.两种方法得到团簇的平均每原子磁矩随团簇尺寸的增大有逐渐减小的趋势,个别团簇有振荡.结果表明两种泛函都可以描述团簇结构、稳定性和磁性的演变规律,但B3LYP泛函可以更加精确地描述Pdn团簇的结构演化.     

Pdn(n=1-9)团簇的结构及磁性的第一性原理计算

采用密度泛函理论中的广义梯度近似泛函BPW91和三参数杂化密度泛函B3LYP对Pdn(n=1-9)团簇的结构、稳定性和磁性进行了详细的计算. 两种泛函得到了相同的稳定结构, 除n=3、4外, 两种方法得到的基态结构是完全一致的, 但在n=3、4时用三参数杂化密度泛函B3LYP得到的基态结构与文献[8,9,23]的相同. 两种方法得到的平均配位数和平均键长有相似的变化规律, 总体上随团簇尺寸的增大而增大, n=2-5时, 增幅较大, n=5-9时, 增幅较小. 两种方法得到团簇能量的二阶差分、分裂能在n=4时均有较大的值, 说明相对应的团簇具有较高的稳定性、较低的化学活性. 两种方法得到团簇的平均每原子磁矩随团簇尺寸的增大有逐渐减小的趋势, 个别团簇有振荡. 结果表明两种泛函都可以描述团簇结构、稳定性和磁性的演变规律, 但B3LYP泛函可以更加精确地描述Pdn团簇的结构演化.     

Structural, electronic and magnetic properties of Mn, Co, Ni in Gen for (n=1-13)

The structural, electronic and magnetic properties of TMGe_n (TM=Mn, Co, Ni; n=1-13) have been investigated using spin polarized density functional theory. The transition metal (TM) atom prefers to occupy surface positions for n<9 and endohedral positions for n≥9. The critical size of the cluster to form endohedral complexes is at n=9, 10 and 11 for Mn, Co and Ni respectively. The binding energy of TMGe_n clusters increases with increase in cluster size. The Ni doped Ge_n clusters have shown higher stability as compared to Mn and Co doped Ge_n clusters. The HOMO-LUMO gap for spin up and down electronic states of Ge_n clusters is found to change significantly on TM doping. The magnetic moment in TMGe_n is introduced due to the presence of TM. The magnetic moment is mainly localized at the TM site and neighbouring Ge atoms. The magnetic moment is quenched in NiGe_n clusters for all n except for n=2, 4 and 8.     

Co掺杂(ZnO)12团簇的结构和磁性质

采用第一性原理密度泛函理论系统地研究Co原子单掺杂和双掺杂(ZnO)₁₂团簇的结构和磁性质.考虑三种掺杂方式:替代掺杂,外掺杂和内掺杂.首先比较各种掺杂团簇的稳定性.结果表明,不管是单掺杂还是双掺杂,外掺杂团簇都是最稳定结构.在结构优化的基础上,对掺杂的(ZnO)₁₂团簇进行磁性计算.发现团簇磁矩主要来自Co-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O原子也产生少量自旋.Co原子之间的磁性耦合由直接的Co-Co反铁磁耦合和Co和O原子之间通过p-d杂化产生的铁磁耦合这两种相互作用的竞争决定.研究发现外双掺杂团簇存在铁磁耦合,在纳米量子器件有潜在的应用价值.     

(SiC)n(n=1-5)团簇的结构与性质的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G*基组水平上对(SiC)n(n=1-5)团簇各种可能的构型进行了几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构。并对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性等进行了理论研究。结果表明：(SiC)n团簇形成碳原子骨架,而硅原子生长在碳原子骨架上;在Si和C相互作用形成团簇的过程中,Si原子向C原子有电荷转移,团簇中原子间相互作用呈现共价型;SiC、(SiC)5团簇有相对较高的动力学稳定性;团簇稳定结构的IR最强振动主要是C-Si键的伸缩振动,Raman较强振动均来自C-C键的伸缩振动。     

密度泛函理论研究BeSin(n=1-12)团簇的结构、稳定性与电子性质

运用密度泛函理论(DFT),考虑多种初始构型下的自旋多重态,在B3LYP/6-311G基组水平上研究BeSi_n(n=1-12)团簇的平衡几何结构、电子性质、振动光谱与极化率.结果表明:BeSi_n团簇在基态附近有许多能量非常接近的同分异构体,且BeSi_n团簇的基态结构绝大多数为立体结构.n=1时,体系的基态为自旋三重态,n≥2时,则为单重态.铍原子的掺入使得主团簇的电子性质发生了明显的变化,掺杂使得体系的化学稳定性降低.BeSi₃,BeSi₅,BeSi₇与BeSi₉是幻数结构.团簇中原子间的成键相互作用随n的增大而增强.     

TiGen-(n=7~12)团簇的光电子能谱及密度泛函理论研究

利用光电子能谱及密度泛函理论计算对TiGe_n^-(n=7~12)团簇的几何结构及电子特性等进行了系统研究. 对于TiGe_n^-负离子及中性TiGe_n,在n=8时出现了钛原子半内嵌的船型结构;在n=9~11时,新增的锗原子加盖到这种船型结构上,逐步形成钛原子完全内嵌的结构. TiGe₁₂^- 团簇具有一种钛原子内嵌的变形六棱柱结构. 自然布居分析结果显示,对于n=8~12的TiGe_n^-/0 团簇,随着内嵌结构的形成,有电子从锗原子转移到钛原子,说明其电荷转移方式与结构演变密切相关.