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.     

MC20F20(M=Li,Na,Be和Mg)几何结构和电子性质的密度泛函计算研究

采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)中的广义梯度近似(generalized gradient approximation, GGA)对MC20F20(M=Li,Na,Be和Mg)的几何结构和电子性质进行了计算研究.几何结构研发现:随着内掺原子序数的增加,金属原子M对C20F20中的C-C键的影响越来越大,而对C-F键的影响甚微.掺杂能计算表明:MC20F20的掺杂能均为负值,需要在一定的实验条件下才能被合成.内掺碱金属和碱土金属分别产生了两类截然不同的能隙和磁性.其中,内掺碱金属的能隙非常小,且带有1μB的净磁矩,表现出磁性;而内掺碱土金属的能隙比C60的能隙还大,净自旋为0,表现出非磁性.     

金团簇结构和电子性质的密度泛函研究

采用密度泛函理论,研究了Aun(2≤n≤10)团簇的最优结构和电子性质.采用各种不同的拓扑结构进行优化,计算结果显示最优结构都是二维的;在得到的最优结构基础上,进一步研究了其电子性质.结合能的二阶差分,费米能和能隙都显示了奇偶谐振效应.具有偶数个原子的金团簇要比奇数个原子的金团簇稳定,这与金团簇中的电子配对紧密相关.     

MC20F20（M=Li，Na，Be和Mg）几何结构和电子性质的密度泛函计算研究

采用密度泛函理论（density functional theory, DFT）中的广义梯度近似（generalized gradient approximation, GGA）对MC₂₀F₂₀（M=Li,Na,Be和Mg）的几何结构和电子性质进行了计算研究.几何结构研发现：随着内掺原子序数的增加,金属原子M对C₂₀F₂₀中的C—C键的影响越来越大,而对C—F键的影响甚微.掺杂能计算表明：MC₂₀F₂₀的掺杂能均为负值,需要在一定的实验条件下才能被合成.内掺碱金属和碱土金属分别产生了两类截然不同的能隙和磁性.其中,内掺碱金属的能隙非常小,且带有1μ_B的净磁矩,表现出磁性;而内掺碱土金属的能隙比C₆₀的能隙还大,净自旋为0,表现出非磁性. 关键词： 富勒烯 几何结构 电子结构 密度泛函     

CdS掺Mg和Ni电子结构和光学性质的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对闪锌矿结构CdS和CdS∶M(M=Mg,Ni)几何结构、能带结构、电子态密度和光学性质进行了系统的研究。几何结构研究对掺杂后体系晶格常量进行了优化计算,结果表明Mg和Ni原子掺入CdS后晶格常量均减小,晶格发生局部畸变。进一步研究了掺杂对体系电子结构的影响,能带结构和电子态密度分析表明由于Ni 3d电子的引入使CdS∶Ni成为半金属铁磁半导体,而Mg 3s电子的引入CdS∶Mg带隙变宽。另外,体系掺杂后,吸收系数分析表明掺杂导致吸收峰在可见光波长区域变化显著,且掺Ni导致吸收峰进一步向长波方向移动。     

密度泛函理论计算内掺氢分子富勒烯H2@C60及其二聚体的几何结构和电子结构

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(generalized gradient approximation, 简称GGA),对内掺氢分子富勒烯H2@C60及其二聚体的几何结构和电子结构进行了计算研究.发现无论是在H2@C60单体,还是在其二聚体中,氢倾向以分子形式存在于碳笼中心处,且在室温下氢分子可以做自由旋转.电子结构分析表明,氢分子掺入到C60和C120中,仅对距离费米能级以下-8eV至-5eV能级处有一定的贡献,其他能级的分布和能隙几乎没有变化.     

密度泛函理论计算内掺富勒烯M@C60H60(M=Li、Na)的几何结构和电子性质

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(generalized gradient approximation,简称GGA),对M@C_(60)H_(60) (M=Li、Na)几何结构和电子性质进行计算研究.发现M原子的平衡位置处在偏心位置处,并且稳定的存在于一个围绕中心的球体内;掺杂能计算表明:M@C_(60)H_(60)需要在一定的实验条件下才能被合成出来;电子性质分析表明:M原子掺入到C_(60)H_(60)中,对费米能级附近有一定贡献,并产生了1 μB的净磁矩.     

M@C_(20)H_(20)(M=Sc,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)几何结构和电子性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的广义梯度近似(GGA)方法对M@C_(20)H_(20)(M=Sc,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)几何结构和电子性质进行了计算研究.几何结构优化发现,过渡金属原子M内掺到C_(20)H_(20)笼时,都稳定于碳笼中心.能隙和内掺能计算发现,M@C_(20)H_(20)的热力学稳定性随着M原子序数的增大而逐渐减弱,内掺M原子使得其动力学稳定性大幅度下降,但是其中Ni@C_(20)H_(20)结构仍然具有良好的热力学和动力学稳定性,其有望在实验中被成功合成出来.电子性质研究发现,随着M原子序数的逐渐增大,M原子对M@C_(20)H_(20)前线轨道的贡献也越来越大,M@C_(20)H_(20)(M=Sc,V,Cr,Mn,Fe,Co)都具有一定的磁矩,而Ni@C_(20)H_(20)为闭壳层结构,磁矩为零.     

X@C20F20(X=He,Ne,Ar,Kr)几何结构和 电子结构的理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似, 对X@C₂₀F₂₀(X=He, Ne, Ar, Kr)几何结构和电子结构进行了计算研究. 几何结构优化发现: 惰性气体原子X内掺到C₂₀F₂₀笼后, 均稳定于碳笼中心, 随着内掺X原子序数的增大, X原子对C₂₀F₂₀笼的影响越来越大. 能隙、内掺能和振动频率计算表明: 内掺X原子使得C₂₀F₂₀的稳定性得到了显著提升, X@C₂₀F₂₀(X=He, Ne, Ar, Kr)都具有良好的稳定性, 并且随着X原子序数的增大, 其稳定性也基本呈现逐渐增强的趋势. 电子结构研究发现: X原子对X@C₂₀F₂₀费米能级附近的占据轨道基本没有贡献, 而对其未占据轨道贡献较大. 计算还发现: 在X@C₂₀F₂₀中, He 和Kr分别从C₂₀F₂₀的C 笼上获得了0.126和0.271个电子, 而Ne和Ar却分别向C笼转移了0.060和0.012个电子. 由此可见: X原子与C原子之间都发生了电荷转移, C笼上的C原子与惰性气体原子X间形成了一定的离子键.     

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     

单层硅Si6H4Ph2的稳定性和电子结构密度泛函研究

采用密度泛函计算方法,研究了二维单层硅Si6H4Ph2的稳定性及其电子结构．通过对纯硅纳米片Si6、加氢钝化的硅纳米片Si6H6以及添加苯基钝化的硅纳米片Si6H4Ph2对比研究,揭示了Si6H4Ph2的稳定性机理．通过电子结构研究,发现Si6H4Ph2与Si6H6类似,显示间接带隙半导体性质．     

密度泛函理论研究闪锌矿结构CrTe和VTe半金属铁磁性的稳定性

采用基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构CrTe和VTe的电子结构进行自旋极化计算。闪锌矿相CrTe和VTe处于平衡晶格常数时都是半金属性的,它们自旋向下子能带的带隙分别是2.82eV和2.70eV,半金属隙分别是0.89eV和0.33eV. 使晶体相对于平衡晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿相CrTe和VTe的电子结构进行计算,计算结果表明相对于平衡晶格的各向同性形变分别为-6 %~ 10 %和-3 %~10 %时它们仍然具有半金属性质;与此同时,在以上相同的形变范围内闪锌矿相CrTe和VTe的总磁矩分别稳定于4.00 /formula和3.00 /formula. 在晶体相对于平衡晶格发生各向同性形变分别为-6%~10%和-3 %~10 %时,闪锌矿相CrTe和VTe能保持半金属铁磁性。     

密度泛函理论研究闪锌矿结构CrTe和VTe半金属铁磁性的稳定性

采用基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构CrTe和VTe的电子结构进行自旋极化计算.闪锌矿相CrTe和VTe处于平衡晶格常数时都是半金属性的,它们自旋向下子能带的带隙分别是2.82 eV和2.70 eV,半金属隙分别是0.89 eV和0.33 eV.使晶体相对于平衡晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿相CrTe和VTe的电子结构进行计算,计算结果表明相对于平衡晶格的各向同性形变分别为-6%～10%和-3%～10%时它们仍然具有半金属性质;与此同时,在以上相同的形变范围内闪锌矿相CrTe和VTe的总磁矩分别稳定于4.00μB/formula和3.00μs/formula.在晶体相对于平衡晶格发生各向同性形变分别为-6%～10%和-3%～10%时,闪锌矿相CrTe和VTe能保持半金属铁磁性.     

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.     

含铀化合物UAl3和USn3电子结构的密度泛函研究

用第一性原理的全势能LMTO密度泛函能带计算方法研究了具有简单立方Cu₃Au 结构的含U化 合物UX₃(X=Al, Sn)的电子结构.对于重原子U的相对论效应，除了用标量相对论 加以修正 外，还加入了自旋-轨道耦合的修正.研究结果定性地说明了由于不同的交换关联电子势场的 作用，在这两种结构相同的含U合金中，U的5f电子态具有完全不同的性质，即在UAl_{3< /sub>和US n3中U的5f态分别表现为巡游扩展态和局域态行为，通过St 关键词： 铀化合物 电子态 密度泛函理论 自旋-轨道耦合}     

Ca掺杂Si团簇的几何结构和电子性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法在6-311+G(d,p)基组水平,对CaSi_n(n=1~10)的结构进行优化,得出各个尺寸下团簇处于最低能量的结构模型,并对其稳定性等物理化学性质进行理论研究,表明CaSi_2、CaSi_5和CaSi_9为幻数团簇.