GenMn（n≤8）团簇的电子结构与磁性的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论下广义梯度近似方法，对Mn掺杂Ge基半导体团簇 GenMn（n≤8）的结构与磁性进行了理论研究。结果表明：GenMn（n≤8）的最稳定构型与相应的Gen+1团簇相似。Mn掺杂后团簇的原子平均结合能与纯锗团簇比较近似；能量二次差分表明：Ge3Mn和Ge5Mn团簇较相邻团簇表现出较高的稳定性；当n=1，3和6时，HMO-LUMO能隙较大，n=2时，能隙较小，说明GeMn、Ge3Mn和Ge6Mn具有相对较好的化学稳定性，而Ge2Mn具有较高的化学活性。对GenMn（n≤8）团簇的磁性研究发现，除Ge8Mn的总磁矩为1μB外，其他团簇的总磁矩均为3μB，且团簇的磁性主要来源于Mn原子。     

Co_2B_n(n=1-8)团簇几何结构的密度泛函理论研究

受到小型环状和管状的双金属掺杂硼团簇的启发,采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311+G(d)水平下对Co_2B_n(n=1-8)团簇的几何结构、相关稳定性、电子性质和磁性进行了的研究.研究结果表明:当n≤5时,团簇的最低能量结构为平面结构.当6≤n≤8时,团簇的最低能量结构为立体结构.对团簇的平均原子结合能、二阶差分能量、HOMO-LUMO能隙、垂直电子亲和能、垂直电离能和化学硬度分析结果表明,Co2B_7具有幻数特征.对Co_2B_n(n=1-8)团簇的总磁矩计算表明其和团簇的自旋态有很强的关系,而且团簇的总磁矩主要由钴原子的3d轨道所贡献.     

密度泛函理论研究SinMn (n=2～14)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SinMn (n=2～14) 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≥10时,Mn原子完全陷入Si原子形成的笼内.二阶能量差分、分裂能和垂直电离势都表明Si5Mn和Si12Mn是稳定的团簇,且12是团簇的幻数.通过对电子性质的分析发现Si12Mn团簇具有较高的化学稳定性.布局数分析表明,在Si5Mn团簇中Mn原子的磁矩(3.923 μB)是最大的.较多的电荷转移以及Mn原子的4s, 3d态和Si原子的3s, 4p态的较强杂化是导致Mn原子磁矩减小的原因.当n≥7时,SinMn 的总磁矩是1 μB.     

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．     

(CuSe)_n(n=1-10)团簇结构稳定性与磁性的理论研究

本文采用包含广义梯度近似的密度泛函理论对铜、硒二元团簇(CuSe)_n(n=1-10)的结构稳定性与磁性质进行系统的研究,发现:(CuSe)_n(n=1-10)二元团簇的原子总数为8时几何结构出现由平面向立体的转变行为,且Cu3Se3为"幻数"构型.同时,(CuSe)_n(n=1-10)团簇的平均结合能比同尺寸单质铜团簇的大,因此混合团簇(CuSe)_n(n=1-10)具有比单质铜团簇更强的稳定性;另外,根据(CuSe)_n(n=1-10)团簇的二阶差分能和HOMO-LUMO能隙随尺寸增加的演化趋势可获知,Cu8Se8的结构极其稳定.最后,对团簇磁性的研究发现,铜硒团簇展现出比较特别的磁性,其中,Cu3Se3的总磁矩为3μB,且磁性主要来源于硒原子,而当n=4,6,8和10时,(CuSe)_n(n=1-10)团簇磁性出现淬灭现象.     

MAl_(12)(M=Ni、Mn)及其阴离子团簇的几何结构和磁性的计算研究

采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)中的广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA)分别对Al_(13)和MAl_(12)(M=Ni、Mn)四种初始结构的中性和一价阴离子团簇进行计算研究.发现中性和阴离子团簇的基态几何结构均保持I_h对称性,并且基态阴离子团簇还具有较高的运动学稳定性.电磁性质计算显示:基态的中性和阴离子NiAl_(12)团簇分别带有2_(μB)、3_(μB)的磁矩,Ni原子的磁性几乎完全淬灭;而MnAl_(12)团簇分别带有7_(μB)、6_(μB)的磁矩,Mn原子的磁矩主要由3d轨道提供.基态团簇的表面原子出现了自旋分裂,与中心原子呈现出铁磁性作用.对垂直电离能和垂直亲和能的分析表明:中心原子被替代之后,团簇的得电子能力和失电子能力都有所降低.     

YnN(n=2-12)团簇的结构与性质研究

在密度泛函理论框架下，用广义梯度近似（GGA）的方法研究YnN（n=2-12）团簇的电子结构，系统计算了它们的基态束缚能Be（eV）、最高占据轨道（HOMO）与最低未占据轨道（LUMO）之间的能隙、二阶能量差分 (au)、离解能 (au)、团簇的总磁矩Mt（ ），最近邻N原子的Y原子所带的局域电荷QY（C）和磁矩MY（ ）、掺杂原子N所带的局域电荷QN（C）和磁矩MN（ ）。研究表明，Y6N、Y8N、Y10N的基态具有较高稳定性；对于YnN（n=2-12）的所有团簇，电荷总是由Y原子转移到N原子，YnN（n=2-12）团簇中Y—N表现为离子键的性质；当n=3，4，5，9，10，11，12时，团簇的磁矩为零，团簇的磁性消失，当n=2，6，7，8时，团簇具有磁性，其中n=6时，团簇的磁性最强。     

RuSin（n=1～6）团簇的结构、稳定性和电子性质的密度泛函研究

运用杂化密度泛函理论方法在(U)B3LYP/LanL2DZ水平研究了RuSin(n=1~6)团簇体系的稳定结构及电子性质．结果发现：RuSin(n=1~6)团簇基本保持了纯硅团簇的框架.对原子平均束缚能和分裂能的计算表明,RuSi6团簇是RuSin(n=1~6)团簇中热力学稳定性最强的.对自然电荷分布的研究结果发现,RuSin(n=2,4～6)团簇的最低能结构出现电荷反转现象. HOMO-LUMO能隙的研究结果表明掺入钌原子后团簇的化学活性增强了,且RuSi的化学活性是RuSin(n=1~6)团簇最强的。通过对团簇磁矩的研究发现,RuSi和RuSi3团簇具有了磁性,其余团簇的总磁矩为零,且RuSin(n=1～6)团簇中各原子对团簇总磁矩的贡献不同.     

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.     

YnN(n=2-12)团簇的结构与性质研究

在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似（GGA）的方法研究YnN（n=2-12）团簇的电子结构,系统计算了它们的基态束缚能Be（eV）、最高占据轨道（HOMO）与最低未占据轨道（LUMO）之间的能隙、二阶能量差分 (au)、离解能 (au)、团簇的总磁矩Mt（ ）,最近邻N原子的Y原子所带的局域电荷QY（C）和磁矩MY（ ）、掺杂原子N所带的局域电荷QN（C）和磁矩MN（ ）。研究表明,Y6N、Y8N、Y10N的基态具有较高稳定性;对于YnN（n=2-12）的所有团簇,电荷总是由Y原子转移到N原子,YnN（n=2-12）团簇中Y—N表现为离子键的性质;当n=3,4,5,9,10,11,12时,团簇的磁矩为零,团簇的磁性消失,当n=2,6,7,8时,团簇具有磁性,其中n=6时,团簇的磁性最强。     

密度泛函理论研究Bn Ni(n=6-12)团簇的结构和磁性

基于第一性原理,用密度泛函理论中的广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA)方法,在充分考虑自旋多重度的前提下,优化并得到了Bn(n=6一12)和BnNi(n=6-12)团簇的平衡构型,按照能量最低原理确定其基态结构.Bn团簇的计算结果与已有的理论结果相一致.当Ni原子掺杂在Bn团簇中,B12Ni团簇的基态结构为平面结构,其余均为三维结构.基态结构的自旋多重度除了n=8以外呈现2,l交替的规律.计算团簇基态结构的平均结合能(Eb)、团簇能量的二阶差分(△2 E)和能隙(HOMO.I.UMO,gap)均表明,l=8为B.Ni(,l=6一12)团簇的幻数,即B8Ni团簇较相邻团簇稳定.计算团簇的磁矩表明B8Ni团簇磁矩最大(2цB),团簇总磁矩和平均磁矩随团簇尺寸增大呈现奇偶振荡趋势且磁矩主要由Ni原子的3d轨道提供.     

(CoAl)n (1 ≤ n ≤ 6)合金团簇的结构、稳定性和磁性理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似 (DFT-GGA)对(CoAl)n (1≤n≤6)合金团簇的几何、电子结构和磁性进行了系统的研究。计算结果表明(CoAl)n (1≤n≤6)合金团簇在基态附近出现许多能量十分接近的低能量态,有能量简并态存在,表现出经典的过渡金属密堆积结构;同时在(CoAl)5和(CoAl)6团簇中,有磁性双稳态存在。合金团簇的结合能随着团簇尺寸的增大而增大。CoAl团簇获得了最大的带隙,表现出强的化学惰性,带隙在n>3之后出现明显的奇偶变化规律,且整体呈下降趋势,这种现象源于团簇中共价键、离子键的相互竞争。(CoAl)n ( 1≤n≤6)的总磁矩随尺寸大小呈半梯形状的变化趋势,其中CoAl团簇的磁矩为2 μB,(CoAl)2,(CoAl)3 磁矩为4μB,(CoAl)4,(CoAl)5,(CoAl)6 为6μB,这种磁性变化规律在文中也从磁序排列、电荷转移以及自旋极化等方面进行了详细讨论。     

RuSi_n(n=1～6)团簇的结构、稳定性和电子性质的密度泛函研究

运用杂化密度泛函理论方法在(U)B3LYP/Lan L2DZ水平研究了Ru Sin(n=1~6)团簇体系的稳定结构及电子性质.结果发现:Ru Sin(n=1~6)团簇基本保持了纯硅团簇的框架.对原子平均束缚能和分裂能的计算表明,Ru Si6团簇是Ru Sin(n=1~6)团簇中热力学稳定性最强的.对自然电荷分布的研究结果发现,Ru Sin(n=2,4~6)团簇的最低能结构出现电荷反转现象.HOMO-LUMO能隙的研究结果表明掺入钌原子后团簇的化学活性增强了,且Ru Si的化学活性是Ru Sin(n=1~6)团簇最强的.通过对团簇磁矩的研究发现,Ru Si和Ru Si3团簇具有了磁性,其余团簇的总磁矩为零,且Ru Sin(n=1~6)团簇中各原子对团簇总磁矩的贡献不同.     

第一性原理对Co_mAg_n(m+n=13)团簇的几何结构和性质的研究

本文利用第一性原理的广义梯度近似(GGA)对Co_mAg_n(m+n=13)团簇进行了研究,在几何优化计算的基础上,分析了Co_mAg_n(m+n=13)团簇的束缚能、能隙和磁性.结果表明:Co_mAg_n(m+n=13)团簇束缚能的二阶能量差分在m=6,8,10,12时出现峰值,说明Co6Ag7,Co8Ag5,Co10Ag3,Co12Ag1团簇相对稳定;能隙的研究说明Co6Ag7团簇较其他团簇有较高的化学稳定性;在Co_mAg_n(m+n=13)团簇中增加Co原子数目有助于磁性的增强.     

Co@Aun(n=1-8)团簇的几何结构和电子性质的理论研究

本文利用密度泛函PW91方法研究了Co@Aun(n=1-8)团簇的平衡结构、稳定性和磁矩。结构优化显示Co原子在低能异构体中趋于占据最高配位位置,基态Co@Aun(n=2-6)团簇为二维结构,Co@Au7和Co@Au8转变为三维结构。原子平均结合能、二阶能量差分及HOMO-LUMO能级间隙分析表明掺杂Co原子提高了金团簇的稳定性,改变了金团簇能级间隙的奇偶振荡性,n=5为掺杂团簇的幻数。磁矩的计算揭示Co@Aun团簇的磁性主要源于Co原子的3d轨道。     

Pt_nAl(n=1—8)小团簇的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法,在BPW91/LANL2DZ水平下详细研究了Pt n Al(n=1—8)团簇的几何结构、稳定性和电子性质.同时,分析了团簇的结构演化规律、平均结合能、二阶能量差分、能隙、磁性、Mulliken电荷和电极化率.结果表明:除Pt2Al外,所有Pt n Al(n=1—8)团簇的基态几何结构都可以用Al原子替换Pt n+1基态构型中的Pt原子得到,且Al原子位于较高的配位点上.二阶能量差分、能隙的分析结果表明,PtAl和Pt4Al团簇相对其他团簇具有较高的稳定性.Mulliken电荷分析表明,Al原子所带的电荷转移到Pt原子上,Al原子是电荷的捐赠者.磁性的分析说明,单个Al原子的加入对Pt n团簇的平均每原子磁矩随尺寸的变化趋势没有影响,但总体上降低了Pt n团簇的平均磁矩.极化率的研究表明,富Pt团簇的非线形光学效应强,容易被外场极化.     

(CoO)_n(n≤6)合金团簇的结构和磁性理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT-GGA)对(CoO)_n(n≤6)合金团簇进行了系统的几何、电子结构和磁性质研究.研究结果表明(CoO)n(n≤6)团簇最稳定结构除(CoO)6团簇为三维立体结构外,其余团簇均呈二维平面结构,且(CoO)_n(n=1,2,3,4和6)结构均表现明显的钴氧分离特征,而(CoO)5团簇表现明显的Co—Co聚合和O—O分离特征.团簇的总磁矩在n=1,3,4时,以3μB为单元成倍增长,(CoO)5团簇显著降低,减小至1μB,(CoO)6团簇又有所增加,增大至6μB.(CoO)n(n≤6)团簇磁性变化的起因也从电荷转移、磁性耦合、电子差分密度和态密度进行了详细阐释.     

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.     

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.     

Co_mAl_n(m+n≤6)团簇的结构和磁性理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT-GGA)对ComAln(m+n 6)合金团簇进行了系统的几何、电子结构和磁性质研究.研究结果发现ComAln(m+n 6)团簇最稳定结构倾向于形成Co—Al成键数最多的构型,其中的Co—Al二元合金团簇的最稳定结构类似于纯钴团簇.随着Al原子数的增多,团簇的平均磁矩呈线性降低趋势.ComAl(m=2—5)团簇的总磁矩均比Com+1团簇的小4μB,与实验上对较大CoNAlM团簇的磁性检测结果获得了很好地符合.ComAln团簇磁性的降低主要归因于非磁性Al元素的掺入以及Al掺杂后Co原子的整体自旋极化减弱.