二十面体Sc13,Sc+113,Sc-113团簇的稳定性与电子结构研究

采用密度泛函理论框架下的广义梯度近似(DFT/GGA),对Sc13团簇进行了几何结构优化,得到13原子钪团簇的基态结构为正二十面体(Ih),在此基础上对二十面体Sc13, Sc+113和Sc-113团簇的稳定性、电子结构和磁矩进行研究.结果发现Sc13,Sc+113和Sc-113团簇都在Ih结构时最稳定,该尺寸团簇的稳定性主要由二十面体密堆积构型决定;带电能使团簇的结构稍稍收缩从而使团簇的稳定性有所增强;团簇的键长和对称性对团簇的磁矩有很明显的影响.     

密度泛函理论研究ZrnCo(m=1-13)团簇的结构和磁性

利用密度泛函理论中的广义梯度近似对ZrnCo(n=1-13)团簇进行了结构优化、能量和频率的计算,研究了ZrnCo团簇的平衡几何结构、稳定性、电子性质和磁性.结果表明:Zr4Co,Zr7Co,Zr9Co和Zr12Co团簇的基态稳定性较高,是幻数团簇,尤其是Zr12Co团簇基态为Ih对称性的二十面体结构且稳定性特别高.ZrnCo团簇的磁矩随尺寸的变化可以分三个阶段:n=1-3有稳定的磁矩,从n=4开始磁矩出现振荡性的猝灭,直至n≥8磁矩完全猝灭.体系的磁矩主要来自局域d电子的贡献,ZrnCo团簇磁矩发生猝灭的主要原因是电荷转移和强烈的spd杂化效应.同时发现,过渡金属掺杂在不同特性材料中所形成的团簇体系,其结构、稳定性和磁性有些非常有意思的相似,如TMX12(TM代表过渡金属Fe或Co,X代表Si和Be)团簇、Zr13TM团簇.对此,值得进一步研究.     

Sc12X（X=C、Si、Ge、Sn、Pb）团簇的几何构形和电子结构研究

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似(GGA)研究二十面体Sc12X(X=C、Si、Ge、Sn、Pb)团簇的几何构形和电子结构,系统计算了它们的束缚能(BE)、最高占据轨道(HOMO)与最低未占据轨道(LUMO)之间的能隙(ΔE)、局域磁矩( )及团簇的平均键长( )。研究表明,用C、Si、Ge、Sn、Pb分别替代Sc13团簇中心或表面原子可以使其成为更稳定结构(除Sc12Pb外)。掺杂团簇Sc12X中,当杂质原子X比Sc原子的原子量大很多时,具有C5V对称性的构形比具有Ih对称性的构形更稳定;当杂质原子X比Sc原子的原子量小时,具有对称Ih对称性的构形比具有C5V对称性的构形更稳定(除Sc12C团簇外)。Sc12C团簇的稳定性出现异常,其原因与轨道杂化有关。     

Sc_(13)团簇的稳定性和磁性研究

使用梯度修正的密度泛函理论,对Sc_(13)团簇的稳定性和磁性进行了广泛的研究.与邻近钪团簇,或者与其它13-原子3d过渡金属团簇相比,Sc_(13)团簇的基态结构二十面体具有最高对称性,结构和磁性均表现出高的稳定性.由于二十面体的高对称性,Sc_(13)团簇的对称性分子轨道为晶体场分裂壳层9A_g(1),10T_(1u)(3),8H_g(5),10A_g(1),6T_(2u)(3),11T_(1u)(3),3G_g(4),3G_u(4),and 9H_g(5).20个价电子以类似于凝胶模型的1S~21P~61D~(10)2S~2壳层填充前四组壳层,其余19个价电子依据洪德法则填充后五组壳层,从而产生了19.0μB的磁矩.5个半填充的晶体场分裂壳层与离域价电子填充的1S~21P~61D~(10)2S~2类壳层导致了稳定的高磁矩Sc_(13)团簇.     

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．     

铝团簇Al13的结构、电子性质和氧原子吸附的第一原理计算

利用密度泛函理论对Al13团簇的几种典型异构体进行了计算.对几种不同对称性(Ih,D5h,D3h,Oh)的中性和带电团簇Al13、Al13-、Al13 进行了结构优化和总能计算,得到了各种带电状态下的最低能量结构,并计算了Al13团簇的电离势、电子亲和能和结合能.理论结果与实验值比较,比以前的理论计算符合的更好.从中性和负电状态下的正二十面体的最低能量结构出发,研究了氧原子在Al13和Al13-上的吸附行为,并与单个氧原子在铝fcc表面的吸附行为做了比较.计算发现,高稳定性的幻数团簇如Al13-,较中性团簇和铝表面,更不易于氧化.     

Cu±13团簇几何和电子结构的密度泛函研究

借助遗传算法结合Gupta原子间相互作用势,本文采用密度泛函理论系统研究了带电Cu13±团簇的基态与低激发态的几何结构和电子结构,并与中性Cu13团簇的结果进行了对比.计算结果表明:对Cu13n(n=0,士1)团簇,高对称性几何构型在众多异构中无能量竞争性优势,团簇基态结构皆为非紧致低对称性结构,对Cu13-找到一种新的低对称性最低能结构;带电明显影响团簇结构稳定性,带电Cu13±团簇与中性Cu13团簇的结构稳定性序列显著不同;基态Cu13n (n=0,±1)团簇具有磁矩最小化效应,而其高对称性结构则有较大磁矩;计算所得Cu13团簇电离能及电子亲和势与实验结果相符.     

第一性原理计算ZrnFe(n=2-13)团簇的基态结构及其磁性

从第一性原理出发,利用密度泛函理论中的广义梯度近似对ZrnFe(n=2-3)团簇进行了结构优化、能量和频率计算.在充分考虑自旋多重度的前提下,对每一具体尺寸的团簇,得到了多个平衡构型,并根据能量高低确定了团簇的基态结构.综合团簇的结合能、二阶能量差分以及团簇的最高占据轨道和最低未占据轨道间的能隙可知Zr5Fe,Zr7Fe和Zr12Fe团簇的稳定性相对较高,Zr12Fe团簇的结构是具有Ih对称性的正二十面体,而且Zr12Fe的稳定性在所有团簇中是最高的.另外,不仅Zr5Fe,Zr7Fe和Zr12Fe团簇的稳定性相对较高,而且它们均为磁性团簇(而Zrn团簇的磁矩在n≥5时已经发生了淬灭),由此可知通过选择合适的掺杂元素可能得到高稳定的磁性团簇.从Mulliken布居分析结果可知,除了在Zr12Fe团簇中Fe原子失去少量电荷外,其他团簇中Fe原子均从Zr原子那里得到了一定量电荷,即Fe原子在ZrnFe(n=2-3,n≠12)团簇中是电子受体.     

Fe、Co、Ni混合团簇磁性的密度泛函研究

基于13原子二十面体结构,采用密度泛函方法系统计算研究了Fe、Co及Ni单质及二元混合团簇的磁性.发现有限温度下团簇磁性随结构畸变的敏感性随Fe、Co、Ni顺序逐渐减弱,同时发现二十面体结构Fe_(13)及Co_(13)均具有不同磁矩的近简并低能态.对FeNi及CoNi混合团簇、其磁矩随组分的变化不存在反常现象,但对于FeCo混合团簇、其磁矩随组分的演化行为存在个别反常现象.我们认为:这种反常现象能够对FeCo非晶合金中的实验观测结果提供一种可能的理论解释.     

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.     

Ih和D5h对称的三金属氮化物富勒烯Sc3N@C80的几何结构、电子结构和磁学特性

采用密度泛函理论（density functional theory, DFT）方法对具有Ih和D5h对称的三金属氮化物富勒烯Sc3N@C80的几何结构、电子结构及其磁学特性进行了计算研究.几何结构优化显示掺杂Sc3N之后,C80的结构只是发生了细微的变化,仍然保持了Ih和D5h对称性.能级图和局部态密度图表明Sc原子对能级的变化贡献最大,掺杂之后能隙增加,简并度下降,增强了两种异构体的稳定性.磁学特性分析指出掺杂之后,Sc3N的磁性完全淬灭,两种异构体均没有磁矩,都不能作为磁性材料.     

Ih和D5h对称的三金属氮化物富勒烯Sc3N@C80的几何结构、电子结构和磁学特性

采用密度泛函理论（density functional theory, DFT）方法对具有Ih和D5h对称的三金属氮化物富勒烯Sc3 N＠C80的几何结构、电子结构及其磁学特性进行了计算研究。几何结构优化显示掺杂Sc3 N之后,C80的结构只是发生了细微的变化,仍然保持了Ih 和D5h对称性。能级图和局部态密度图表明Sc原子对能级的变化贡献最大,掺杂之后能隙增加,简并度下降,增强了两种异构体的稳定性。磁学特性分析指出掺杂之后,Sc3 N的磁性完全淬灭,两种异构体均没有磁矩,都不能作为磁性材料。     

Rh_(13)团簇的几何结构和电子与磁性性质的计算(英文)

利用密度泛函理论,对Rh_(13)团簇的几何结构、电子和磁性性质进行了研究,在优化过程中,其几何结构由正二十面体演化为变形的非对称结构,相邻原子间由等键长变为不等键长.优化后Rh_(13)团簇的结合能比前面的其他研究者所得的结果大得多,这表明变形后的非对称结构比对称的正二十面体结构更为稳定.虽然我们得到的原子平均磁矩较之前面的研究者的结果小了一些,但是仍然比实验结果大,这一情况说明我们所得到的变形的非对称几何结构与真实的未知基态结构仍还有差异.同时我们还发现优化后的Rh_(13)团簇的价带宽度和交换劈裂都有一定程度的展宽和变大,态密度的峰值有远离费米能级向两侧移动的趋势.     

Geometrical, electronic, and magnetic properties of small AunSc (n=1-8) clusters

Geometrical, electronic, and magnetic properties of the Sc-doped gold clusters, Au_nSc (n=1-8), have been studied using the density-functional theory within the generalized gradient approximation. An extensive structural search shows that the Sc atom in low-energy Au_nSc isomers tends to occupy the most highly coordinated position. The substitution of a Sc atom for an Au atom in the Au_n+1 cluster markedly changes the structure of the host cluster. Moreover, we confirm that the ground-state Au₆Sc cluster has a distortion to a lower D_2h symmetry. The relative stabilities and electronic properties of the lowest-energy Au_nSc clusters are analyzed based on the averaged binding energies, second-order energy differences, fragmentation energies, chemical hardnesses, and HOMO-LUMO gaps. It is found that the magic Au₃Sc cluster can be perceived as a superatom with high chemical stability and its HOMO-LUMO gap is larger than that of the closed-shell Zr@Au₁₄ cluster. The high symmetry and spin multiplicity of the Au₃Sc and Au₆Sc clusters are responsible for their large vertical ionization potential and electron affinity. The magnetism calculations indicate that the magnetic moment of the Sc atom in the ground-state Au_nSc (n=2-8) clusters gradually decreases for even n and is completely quenched for odd n.     

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.     

Ru13原子簇基态的磁性

采用离散变分局域自旋密度泛函方法，研究了三种可能的高对称几何构型的由１３个钌原子组成的Ru₁₃原子簇的电子结构．结果表明，所有具有不同对称性的Ru₁₃原子簇在它们各自的平衡位置处都有两重磁性解，从能量上看，每一种构型的低自旋解都比高自旋解更为稳定．基态原子簇为Ｉ_hRu₁₃原子簇，具有４μ_B的磁矩，或每个原子具有０.３１μ_B的磁矩．这与实验测得的Ru₁₃原 关键词：     

MgmBn(m=1,2;n=1—4)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

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Mg_mB_n(m=1,2;n=1-4)团簇各种可能的构型进行几何结构优化，预测了各团簇的最稳定结构.并对最稳定结构的振动特性、电离势、成键特性、极化率和超极化率等性质进行了理论研究.结果表明，团簇的最稳定结构大多是平面结构，团簇的稳定结构中通常是几个呈负电性的B原子形成一个负电中心，而其他B原子和Mg原子通常处在端位，且显正电性；团簇中通常是B-B键和B-Mg键共存，极少出现Mg-Mg键， 关键词： mB_n(m=1')" href="#">Mg_mB_n(m=1 n=1-4)团簇 密度泛函理论 结构与性质     

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.     

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.     

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.