钒团簇的几何和电子结构——从分子到体相性质的演化

基于密度泛函理论,优化了钒团簇V_n(n=2—9,13,15,19,27,51)的几何结构,通过研究键长、配位数、平均结合能、电离势、电子亲和能、总的态密度和平均磁矩随着尺寸的变化规律,从理论上揭示了n≤9的钒团簇电子结构具有分立特征的分子行为和很强的尺寸效应,13≤n≤19是从分子向体相态结构变化的过渡区域;V₂₇和V₅₁的态密度已趋向于体相的三峰结构,说明它们已接近大块钒的性质 关键词： 钒团簇 密度泛涵理论 电子结构     

STM针尖和外电场在Si(111)-7×7表面单原子操纵中的作用

利用第一性原理的离散变分局域密度泛函方法,采用团簇模型（Si₃₄H₃₆-W₁₁)来模拟STM操纵Si(111)-7×7表面顶角吸附原子的过程．通过分析在进行原子操纵过程中体系的能量与电子云密度分布来研究针尖和外电场的作用．结果表明,当针尖与样品间距离较近时,利用两者间有较强的相互作用,能有效地降低脱出能的能垒高度．外电场对体系脱出能的影响与其大小及极性有关,当样品上所加正偏压增强时,脱出能曲线高度单调下降,而外电场极性为负时,反而稍有增高．仅考虑针尖和样品之间的静态电子相互作用及静电场的作用,尚不能使被操纵原子脱离样品表面．最后讨论了在Si(111)-7×7表面上进行原子操纵的其他机理.     

C60不同吸附取向的STM图象的理论模拟

采用离散变分局域密度泛涵(DV-LDF)方法,基于Tersoff-Hamann的扫描隧道显微镜(STM)理论,通过计算单个C₆₀五种不同吸附取向的电荷密度分布图来模拟其STM图象．计算结果表明,不同取向C₆₀的电荷密度分布图有各自的特征‘指纹’,其中模拟正偏压情形下C₆₀的最低未占据分子轨道(LUMO)分布图与其STM图象具有较好的可比性.与实验上已有的STM图象和文献中的理论计算结果比较,可以确定C₆₀在一些表面上的     

STM图像的理论模拟

本文简要综述了STM基本理论和模拟方法 ,着重介绍了我们的一些工作 ,构造团簇模型和采用第一性原理方法 (DV LDF) ,模拟出不同取向C60 和它吸附在金属和半导体表面的STM图像 ,理论模拟结果都反映出了STM实验图像的主要特征     

二维GaTe/Bi2Se3异质结：一类有潜力的Z型光解水催化剂

本文基于第一性原理方法,计算了二维GaTe/Bi₂Se₃异质结的电子结构、界面电荷转移、静电势分布、吸收光谱及光催化性质. 计算结果表明异质结是一个小能隙的准直接半导体,能有效捕获太阳光. 由于相对较强的界面內建极化电场和带边轻微弯曲,导致异质结中的光生电子和空穴分别有效分离在GaTe单层和Bi₂Se₃薄片上,可用于析氢和产氧. 这些理论计算结果意味着二维GaTe/Bi₂Se₃异质结是一类有潜力的Z型太阳能全解水催化剂.     

First-principles Study of Electron Transport Through Oligoacenes

利用非平衡格林函数和电子密度泛函理论研究了多并苯分子结(多并苯分子末端通过硫原子以串联和并联方式连接在两个Au(111)表面之间)的电子输运特性．在小偏压下,多并苯分子结的电子输运性能主要取决于来自最高占据分子轨道的透射输运峰的尾部在费米能级附近的贡献．随着多并苯分子中苯环个数的增加,串联型多并苯分子的零偏压电导值先减少后变大,它既不遵循指数衰减规律,也没有表现出振荡现象,而并联型分子结的零偏压电导值随苯环个数的增加而单调增加．理论计算结果表明,分子轨道空间分布图、能隙变化以及费米能级所处位置可以用来阐明多并苯分子结的电子输运机     

基于赫斯勒合金Co2MnSi电极的磁性隧道结呈现巨磁阻效应

本文基于电子密度泛函理论计算和非平衡态格林函数技术研究了具有三明治结构的磁性隧道结构(非极化SrTiO₂薄层被夹在两个赫斯勒合金Co₂MnSi电极之间)的自旋极化输运特性. 理论计算结果清楚地表明磁平行组态的磁性隧道结呈现出几乎完美的自旋过滤效应. 磁反平行组态的隧穿系数比磁平行组态的隧穿系数小几个数量级,导致体系的磁阻比高达10⁶. 电子结构计算分析表明该磁性隧道结的巨磁阻效应源自赫斯勒合金Co₂MnSi电极内在的半金属性、以及阻挡层和电极之间界面处过渡金属原子3d电子的显著自旋极化.     

STM针尖和外电场在Si（111）—7＊7表面单原子操纵中的作用

利用第一性原理的离散变分局域密度泛函方法,采用团簇模型（Ｓｉ３４Ｈ３６－Ｗ１１）来模拟ＳＴＭ操纵（Ｓｉ１１１）－７＊７表面顶角吸附原子的过程,通过分析在进行原子操纵过程中体系的能量与电子云密度分布来研究针尖和外电场的作用。     

六配位FeN6自旋翻转化合物的自旋输运特性

本文采用第一性原理计算和非平衡格林函数方法,研究了六配位FeN₆的自旋输运特性. 理论计算结果表明在外场(如光辐射)作用下通过改变配体与磁芯间键长来实现磁体的高低自旋之间的转换. 基于计算得到的透射谱和伏安曲线,发现通过高自旋态分子结的电流显著大于低自旋态磁体,且通过高自旋态分子结的输运特性由自旋向下的电子提供主要贡献. 理论预测出来的分子开关和自旋过滤效应表明此类铁基六配体自旋翻转化合物可用于分子自旋电子学器件设计.     

钒氧酞菁(VOPc)与钒酞菁(VPc)分子的扫描隧道显微镜图像模拟

利用第一性原理方法模拟了自由钒氧酞菁(VOPc)和钒酞菁(VPc)分子的扫描隧道显微镜(STM)图像,与实验观察结果相当符合.理论STM图像都显示出亚分子内结构,外围呈四叶状.其主要差异表现在VOPc分子中心处的钒氧离子在STM图像中为一空洞,而在VPc分子的STM图像中钒离子为突起的亮斑.通过分析VOPc和VPc分子的电子结构,对模拟结果给出自洽的理论解释.造成两者图像显著不同的物理原因是VPc分子在费米能级附近有明显含dz2成分的分子轨道,导致钒离子在STM图像中央为突起的亮斑.而在VOPc分子中dz2分态密度峰位由于氧原子的加入使之远离费米能级,使STM不能“看到”VOPc分子中钒氧离子. 关键词： 钒氧酞菁 钒酞菁 STM图像模拟 电子结构