硅团簇的结构及生长模式——紧束缚分子动力学：Si11—Si32

采用紧束缚分子动力学模拟硅团簇的结构，通过比较它们的结合能来确定基态结构，最后描绘出不同尺寸所对应的径向分布函数、角分布函数.模拟表明硅团簇在n=27处发生结构转变，从结构图上看，是由扁长结构向近球形结构转变.从径向分布函数图像、键角分布函数图像上也可以得到团簇结构在n=27处发生了变化，结构变得越来越紧密. 关键词： 硅团簇 紧束缚分子动力学 模拟退火 基态结构     

硅团族结构和碎片行为的紧束缚理论方法

利用紧束缚分子动力学模拟退火方法研究了硅族Ｓｉ（ｎ＝２－１４）的结构性质和能量。通过与前人工作结果（Ｓｉ２－Ｓｉ１０）的比较,发现本理论方法的结果相当准确地再出了从头计算的结论。对较大的硅团族所作的计算给出了有意义的结构预测。从能量观点出发,计算结果表明原子数分别为４,６,７,１０,１２和１４的硅团族较为稳定。还进一步研究了硅团族的碎片行为,理论计算的结果表明较大的硅团族的稳定碎片产物通常包括一个     

支撑Co团簇熔化行为的分子动力学模拟

运用分子动力学结合退火方法,模拟研究了所含原子数介于400～20000之间的自由及支撑Co团簇的熔化行为.模拟中团簇Co原子间相互作用采用半经验的Gupta多体相互作用势.讨论了不同衬底势(Lennard-Jones势与Morse势)对支撑团簇熔化行为的影响.结果表明:对于给定原子数目的支撑Co团簇,在衬底势强度相同时,两种衬底势下对支撑团簇熔点及预熔化区间给出了一致的描述;随衬底势强度增加,支撑团簇熔点升高,且两种衬底势所描述的支撑Co团簇也类同于自由Co团簇都表现出较好的熔点与尺寸依赖的线性关系.     

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.     

Si10团簇成键条件和解离行为的密度泛函紧束缚研究

本研究利用遗传算法和基于密度泛函理论的紧束缚方法相结合的计算方法,研究了Si₁₀团簇的原子堆积结构的成键条件和电子性质.计算结果发现,Si₁₀团簇的最低能稳定结构表现为以一个三棱柱体为基础结构单元,在其3个侧面和一个底面堆积了四个金字塔堆积结构,形成了由四个金字塔包围三棱柱体的类球形结构.原子间成键强烈依赖于团簇中各原子紧邻原子的几何排布情况,原子间交叠电子布居数具有显著的方向性,随着键长增加迅速减小.由团簇中各原子成键条件的分析,可以判断Si₇团簇是Si₁₀团簇最容易形成的解离产物,然后出现的是Si₆团簇.     

AgCl团簇的熔化行为

用遗传算法结合经验势搜索了(AgCl)_n(n=2~12)团簇的可能稳定结构,并用微正则分子动力学方法研究了它们的熔化行为.(AgCl)_n团簇的稳定结构主要以四元环和六元环相接的笼状结构为主.基态结构的熔化行为:(AgCl)_n(n=9~12) 与一般原子团簇的熔化行为相类似;(AgCl)_7在熔化前较大温度范围内发生正侧面轮换;(AgCl)_8在129K时转变为双层八元环结构,也存在正侧面轮换现象.能量较高的异构体在熔化之前均转变为基态结构,按照基态结构的熔化模式熔化.     

不同热浴下Co团簇熔化行为的分子动力学模拟

运用分子动力学方法,采用Berendsen热浴和Nose-Hoover热浴分别研究了Co_n(n=13,55,147)团簇的熔化特性,模型采用Gupta相互作用势.模拟结果表明:两种热浴对钴团簇熔点及预熔化区间给出了基本一致的描述.所研究团簇体系在给定温度下长时间内各Co团簇中单个原子的速率(速度)分布与麦克斯韦速率(速度)分布曲线符合很好.     

不同热浴下Co团簇熔化行为的分子动力学模拟

运用分子动力学方法,采用Berendsen热浴和Nose-Hoover热浴分别研究了Con (n=13,55,147)团簇的熔化特性,模型采用Gupta相互作用势.模拟结果表明：两种热浴对钴团簇熔点及预熔化区间给出了基本一致的描述.所研究团簇体系在给定温度下长时间内各Co团簇中单个原子的速率(速度)分布与麦克斯韦速率(速度)分布曲线符合很好.     

Al_n(n﹤10000)团簇熔化行为的分子动力学模拟

采用半经验的Gupta原子间多体势,运用分子动力学模拟结合退火技术,由不同初始结构(密堆积满壳层Ih、Oh结构及退火结构)出发,研究了尺寸在10000个原子之内的Al团簇的熔化行为.结果表明:在所研究团簇尺寸范围内,Ih结构均具有高的动力学稳定性;Oh结构的动力学稳定性与团簇尺寸密切相关:尺寸较小(1000个原子以内)时不稳定(熔化前会发生向类Ih结构的转变),在中间尺寸(1000~2000原子间)时动力学稳定性发生转变,尺寸较大(2000原子以上)时显示出完整的动力学稳定性;从不同初始结构出发所得相同尺寸团簇熔点基本相同;在200原子以上时,团簇熔点随尺寸变大而升高且体现出近似的线性关系.     

Al196团簇结构及熔化行为的分子动力学模拟

运用分子动力学方法结合退火及淬火技术,采用半经验的Gupta原子间多体势,系统研究了Al₁₉₆团簇的熔化特性.模拟结果表明:从不同的初始结构出发得到的熔化行为明显不同.从较低能量稳定结构出发,会出现明显的比热呈现双峰的熔化行为;而从基态或接近于基态的低能稳定结构出发.则呈现出比热显示单峰的熔化现象.通过分析不同温度点上团簇淬火结构的势能分布图给出了Al₁₉₆团簇的不同（比热出现双峰或单峰）熔化行为的成因.     

Tight-binding study of structural and electronic properties of silver clusters

Tight-binding model is developed to study the structural and electronic properties of silver clusters. The ground state structures of Ag clusters up to 21 atoms are optimized by molecular dynamics-based genetic algorithm. The results on small Ag_n clusters (n = 3-9) are comparable to ab initio calculations. The size dependence of electronic properties such as density of states, s-d band separation, HOMO-LUMO gap, and ionization potentials are discussed. Magic number behavior at Ag₂, Ag₈, Ag₁₄, Ag₁₈, Ag₂₀ is obtained, in agreement with the prediction of electronic ellipsoid shell model. We suggest that both the electronic and geometrical effect play significant role in the coinage metal clusters. Received 7 August 2000     

The study of melting stage of bulk silicon using molecular dynamics simulation

The melting stage of bulk silicon is studied using classical molecular dynamics simulation. The mean square displacement and diffusion coefficient are focused allowing statistics analysis of the dynamics displacement of each atom. Three stages of the melting processes, premelting, accelerated melting and relaxation, are resolved. The structural development is evaluated through the stages by Lindemann index, non-Gaussian parameter and the second neighbor coordination number. The studies emphasize the observation that premelting occurs in the ideal crystal on melting.     

Theoretical study of small silicon clusters on a graphite layer

In a series of recent experiments, the HOMO-LUMO energy gaps of small Si clusters deposited on a graphite substrate have been determined by Scanning Tunneling Microscopy (STM). The values obtained were found to be substantially smaller than the energy gaps of corresponding passivated clusters. This work considers dimensional reduction as a possible mechanism for a sizeable energy gap narrowing by the example of the system Si₅. The impact of the graphite substrate on the deposited species is investigated in the framework of a pseudocluster model. Received 30 November 2000     

硅熔化特性的分子动力学模拟–-不同势函数的对比研究

分别采用Stillinger-Weber (SW)势、修正的成熟原子嵌入模型(MEAM)势、 Tersoff势和HOEP (highly optimized empirical potential)势来描述硅原子间相互作用, 运用分子动力学方法对比模拟研究了四种势函数的硅晶体的体熔化和表面熔化特性. 结果表明: 四种势函数均能反映出硅的热膨胀、高温熔化和熔化时吸热收缩等基本物理规律. 但综合对比发现, Tersoff势和MEAM势相对更适合描述硅的熔化和凝固过程, SW势次之, HOEP势则不适合描述硅的熔化和凝固过程. 关键词： 硅 势函数 熔化 分子动力学     

Geometric magic numbers of sodium clusters: Interpretation of the melting behaviour

Putative global minima of sodium clusters with up to 380 atoms have been located for two model interatomic potentials in order to identify the structures responsible for the size-dependence of the thermodynamic properties in experiments. Structures based upon the Mackay icosahedra predominate for both potentials, and the magic numbers for the Murrell-Mottram model show excellent agreement with the sizes at which maxima in the latent heat and entropy change at melting have been found in experiment. In particular, the magic numbers at sizes intermediate between the complete Mackay icosahedra are due to unusual twisted icosahedral structures.