原子团簇的稳定结构和幻数

原子团簇介于原子分子和宏观凝聚物质之间 ,一般产生于非平衡条件 ,其结构和性质随所含原子数目而变化。当含有某些特定原子数时 ,团簇特别稳定 ,这就是“幻数”。本文重点讨论几种典型团簇的幻数及其演变规律 ,说明“幻数”是团簇的基本属性之一及其与键合方式的关系     

原子团簇的稳定结构和幻数

原子团簇介于原子分子和宏观凝聚物质之间 ,一般产生于非平衡条件 ,其结构和性质随所含原子数目而变化。当含有某些特定原子数时 ,团簇特别稳定 ,这就是“幻数”。本文重点讨论几种典型团簇的幻数及其演变规律 ,说明“幻数”是团簇的基本属性之一及其与键合方式的关系     

银、钴和铂原子纳米团簇熔化过程的分子动力学模拟

本文采用分子动力学模拟方法,研究了银、钴和铂原子纳米团簇的熔化过程,模型采用的是Johson的EAM作用势.模拟结果表明,较大原子数目的纳米团簇其熔点随尺寸单调增加,而较小原子数目的团簇熔点和尺寸呈现无规则变化;大多数团簇在熔点附近都出现了负热容现象,说明负热容是纳米团簇在熔化过程中的一个普遍现象.     

银、钴和铂原子纳米团簇熔化过程的分子动力学模拟

本采用分子动力学模拟方法，研究了银、钴和铂原子纳米团簇的熔化过程，模型采用的是Johson的EAM作用势。模拟结果表明，较大原子数目的纳米团簇其熔点随尺寸单调增加，而较小原子数目的团簇熔点和尺寸呈现无规则变化；大多数团簇在熔点附近都出现了负热容现象，说明负热容是纳米团簇在熔化过程中的一个普遍现象。     

纳米铜团簇在常温和升温过程中能量特征的分子动力学研究

采用分子动力学方法和F-S多体势函数，模拟研究纳米铜团簇常温下能量特征及其在升温直到熔化过程中的变化，确定了常温下纳米铜团簇的表面原子厚度和表面能，给出在不同温度下纳米铜团簇能量大小分布比例和能量的概率密度，细致描述了团簇升温过程团簇内部原子和表面原子之间不同的变化特征. 关键词： 铜团簇 分子动力学 能量特征 温度     

第十五届全国原子与分子物理学术会议:大尺寸贵金属纳米团簇热力学性质的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法和原子嵌入模型势模拟了大尺寸金（n=1136--1556）、银（n=1088--1724）、铜（n=1000--1600）、铂（n=1004--1800）原子纳米团簇的熔化过程,得出了相应纳米团簇的势能随温度的变化曲线以及热容量随温度的变化曲线,研究了各种原子纳米团簇熔点与其团簇尺寸的关系。模拟结果表明团簇的熔点随团簇尺寸增大而升高,并逐渐向大块晶体靠拢。所有纳米团簇在熔化过程中在熔点附近都出现负热容现象,通过对团簇熔化前后结构的比较研,分析了导致这种现象的原因。     

大尺寸贵金属纳米团簇热力学性质的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法和原子嵌入势模拟了大尺寸金(n=1136～1556)、银(n=1088～1724)、铜(n=1000～1600)、铂(n=1004～1800)原子纳米团簇的熔化过程,得出了相应纳米团簇的势能随温度的变化曲线以及热容量随温度的变化曲线,研究了各种原子纳米团簇熔点与其团簇尺寸的关系.模拟结果表明团簇的熔点随团簇尺寸增大而升高,并逐渐向大块晶体靠拢.所有纳米团簇在熔化过程中在熔点附近都出现负热容现象,通过对团簇熔化前后结构的比较,分析了导致这种现象的原因.     

原子尺度材料三维结构、磁性及动态演变的透射电子显微学表征

原子表征与操控是实现原子制造必须突破的物理瓶颈之一.像差校正电子显微学方法因其优异的空间分辨率,为实现原子精细制造提供了有力的表征手段.因此,利用电子显微学手段,在原子尺度对原子制造的材料及器件进行三维结构和性能的协同表征,对于深入理解原子水平材料操控的物理机理具有非常重要的意义.纳米团簇及纳米颗粒是原子制造材料与器件研究的主要对象之一,具有丰富的物理化学性质和较高的可操纵性.本文探讨纳米团簇/颗粒结构三维定量表征、使役条件下纳米团簇/颗粒结构演变定量表征、纳米颗粒/晶粒结构-成分-磁性协同定量表征等诸多方法与实例,阐明了电子显微学表征手段的突破和发展为实现精细控制的原子制造材料提供了坚实基础.     

银原子团簇在纳米碳管中的形态与熔化特性

采用分子动力学方法,对纳米碳管中Agn(n=108,402)团簇的形态及熔化特性进行了模拟,并与自由状态下团簇的形态及熔化特性进行了对比。研究表明,①温度T=150 K时,碳管中银团簇的形态呈现为吸附在碳管内侧的单原子层银管,表现为非晶体,而自由状态下的银团簇呈现为近似球形,且具有一定的晶体特征。②自由状态下银团簇的熔化为“晶体熔化”,而纳米碳管中的银团簇为非晶熔化。     

铜、银和铂原子纳米团簇负热容现象的分子动力学模拟研究

本文采用微正则分子动力学方法模拟研究了铂、铜和银原子纳米团族从固态到液态的熔化过程,得到热容量随温度变化关系,结果表明这三种金属纳米团簇在熔化过程中均出现了负热容现象,并通过对团簇热能随温度的变化关系以及团簇原子数径向分布的分析,探讨了产生负热容现象的微观机制.     

分子动力学模拟Cu(010)基体对负载Co-Cu双金属团簇熔化过程的影响

纳米团簇负载到基体上的结构演化和热稳定性是其走向技术应用的关键. 本文用分子动力学结合嵌入原子方法模拟了具有二十面体初始结构的Co₂₈₁Cu₂₈₀ 混合双金属团簇在Cu(010)基体上的熔化过程, 考察了基体的Cu原子可以自由移动(自由基体)和固定(固定基体)两种条件对负载团簇熔化的影响. 发现基体条件对团簇的熔化有明显的影响. 在自由基体上团簇原子的温度-能量曲线存在明显的团簇熔化时的能量突变点, 熔点为1320 K, 低于固定基体上团簇的熔点1630 K. 在升温过程中团簇的二十面体结构会在基体表面发生外延生长. 外延团簇随着温度增加发生表面预熔, 预熔原子会逐渐向基体表面扩散形成薄层, 直至完全熔化. 自由基体上团簇原子的嵌入行为会使原子的分布状态产生不同于固定基体上的演变.     

用扫描隧道显微镜操纵Cu亚表面自间隙原子

在超高真空环境下使用扫描隧道显微镜研究了吸附有双甘氨肽分子的Cu(001)表面.在一定的 偏压条件下，针尖在该表面扫描后会形成纳米尺度的Cu团簇，这些团簇可以根据意愿排列成 字母或图形.团簇的高度同偏压、隧道电流以及时间等条件有密切关系.在室温下可以稳定存 在的团簇为制造纳米器件提供了技术上的可能性.实验结果表明，形成团簇的Cu原子不是来 自Cu衬底表面或是针尖.化学吸附在Cu表面的双甘氨肽分子，受到隧道电场的作用会在Cu表 面形成张应变场，Cu亚表面自间隙原子在张应变场作用下迁移到表面是形成团簇的原因. 关键词： 扫描隧道显微镜 纳米尺度Cu团簇 自间隙原子     

Co掺杂碲化锌团簇结构和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统的研究了Co原子单掺杂和双掺杂(ZnTe)12团簇的结构和磁性质。考虑了两种掺杂方式：替代掺杂和间隙掺杂。不管是单掺杂还是双掺杂,间隙掺杂团簇都是最稳定结构。Co掺杂团簇的磁性依赖于Co原子周围环境。最重要的是,我们指出替代双掺杂团簇是铁磁耦合,在纳米量子器件领域有潜在的应用价值。     

Co掺杂碲化锌团簇结构和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统的研究了Co原子单掺杂和双掺杂(ZnTe)12团簇的结构和磁性质。考虑了两种掺杂方式：替代掺杂和间隙掺杂。不管是单掺杂还是双掺杂,间隙掺杂团簇都是最稳定结构。Co掺杂团簇的磁性依赖于Co原子周围环境。最重要的是,我们指出替代双掺杂团簇是铁磁耦合,在纳米量子器件领域有潜在的应用价值。     

大尺寸核/层Co-Pd合金团簇稳定结构研究

纳米尺度合金团簇具有特殊的光学、电、磁和催化等性质,在基础研究和应用领域吸引了广泛的兴趣.使用多体Gupta势函数描述Co-Pd团簇原子间相互作用,应用基于内核构建的自适应免疫优化算法确定最稳定结构.研究结果显示:98原子Co-Pd团簇结构可分为面心立方结构、Mackay二十面体、双二十面体、由双二十面体面面相连构成的结构和十面体结构.序列参数显示Co原子位于内层,而Pd原子位于外层.原子半径和表面能进一步解释了Co和Pd原子的分布规律.原子数目为147的Co-Pd团簇均为完整二十面体结构.     

非晶纳米Ni500团簇等温晶化过程中的结构与动力学研究

采用分子动力学方法和镶嵌原子势, 模拟了500个Ni原子(简称Ni₅₀₀)组成的纳米团簇的等温晶化过程. 通过对纳米Ni团簇的动力学行为和微观结构演变的研究, 发现Ni₅₀₀在高温时是一步晶化的, 在低温时则呈现出多步晶化的特征. 在多步晶化的过程中, 团簇结构会陷入多个亚稳态结构, 经过原子重排, 进入能量更低的亚稳态, 最后完成晶化. 在多步晶化过程中, 原子的位置重排是通过协同跳跃运动实现的, 其协同运动方式不但有常见的线型协同运动, 也有多个原子的集体平移运动等其他形式. 关键词： 分子动力学模拟 纳米Ni团簇 协同运动     

Co掺杂ZnTe团簇结构和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统的研究了Co原子单掺杂和双掺杂(ZnTe)_(12)团簇的结构和磁性质.考虑了两种掺杂方式:替代掺杂和间隙掺杂.不管是单掺杂还是双掺杂,间隙掺杂团簇都是最稳定结构.Co掺杂团簇的磁性依赖于Co原子周围环境.最重要的是,我们指出替代双掺杂团簇是铁磁耦合,在纳米量子器件领域有潜在的应用价值.     

纳米团簇熔化过程的分子动力学模拟

本文采用分子动力学结合嵌入原子多体势,模拟了不同半径的Ni纳米团簇的升温熔化过程,研究团簇尺寸对熔点和表面能的影响.模拟结果表明:团簇的熔点显著低于体材料的熔点.团簇熔化的过程首先是在团簇的表面出现预熔,然后向团簇内部扩展,直到整个团簇完全熔为液态.在模拟的纳米尺度范围内,团簇的熔点与团簇尺寸基本成线性关系.团簇的表面能随着团簇尺寸的增大而减小,而且表面能均高于体材料的表面能.     

超小金纳米团簇的电催化氧还原性质（英文）

本文合成了含有2～4个Au原子的超小金纳米团簇并测试了其电催化氧还原性能.通过将前驱AuPPh_3Cl暴露在氨水中一个星期制备了超小的金纳米团簇.运用了ESI质谱、X射线精细结构吸收谱、X射线光电子能谱来测试这些超小金纳米团簇,表明这些超小金纳米团簇含有三苯基膦、羟基和吸附氧分子.将这些超小金纳米团簇负载到玻碳电极上,并用循环伏安法和线性伏安法测试其电催化氧还原性能.循环伏安结果表明,这些超小金纳米团簇电催化氧还原反应的起始电势为0.87 V(相对可逆氢电极),转移的电子数为4.     

气体团簇离子束装置的设计及其在表面平坦化、自组装纳米结构中的应用

根据超声膨胀原理,n(10-10^4)个气体原子可以绝热冷却后凝聚在一起形成团簇,经过离化后,形成带一个电荷量的团簇离子,比如Arn^+.当团簇离子与固体材料相互作用时,由于平均每个原子携带的能量(~eV)较低,仅作用于材料浅表面区域,因此,气体团簇离子束是材料表面改性的优良选择.本文介绍了一台由武汉大学加速器实验室自主研制的气体团簇离子束装置,包括整体构造、工作原理及实验应用.中性团簇束由金属锥形喷嘴(F=65-135μm,q=14°)形成,平均尺寸为3000 atoms/cluster,经离化后,其离子束流达到了50μA.Ar团簇离子因其反应活性较低,本文运用Ar团簇离子(平均尺寸为1000 atoms/cluster)进行了平坦化和自组装纳米结构的研究.单晶硅片经Ar团簇离子束处理后,均方根粗糙度由初始的1.92 nm降低到0.5 nm,同时观察到了束流的清洁效应.利用Ar团簇离子束的倾斜(30°-60°)轰击,在宽大平坦的单晶ZnO基片上形成了纳米波纹,而在ZnO纳米棒表面则形成了有序的纳米台阶,同时,利用二维功率谱密度函数分析了纳米结构在基片上的表面形貌和特征分布,并计算了纳米波纹的尺寸和数量.