ScnN(n=2～12)团簇的磁性和热容量研究

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似方法计算了团簇ScnN(n=2～12)的总磁矩Mt、与N原子最近邻的Sc原子的局域磁矩MSc、掺杂原子N的局域磁矩MN.从原子相互作用角度出发,应用统计物理理论,计算了团簇ScnN的磁矩和热容量,研究了它们随温度的变化规律.结果表明:ScnN团簇的磁性与团簇的构型、原子相互作用、磁性粒子间的磁相互作用、团簇中的Sc原子数n有关.总磁矩随Sc原子数n呈波动性变化,当n=3,8,9,11,12时,总磁矩为零,团簇的磁性消失;当n=2,4,5,6,7,10时,团簇表现为铁磁性,其中当n=6时,团簇的磁性最强.ScnN团簇的磁矩随温度升高而减小,其变化趋势与块状磁体类似.温度较低时,磁相互作用产生的热容量CM随温度升高而增大,在某温度附近取极大值;原子相互作用产生的热容量CV在温度较低时与温度成正比,和块状磁体的CV与温度的三次方成正比不同;在对团簇的热容量的贡献中,原子相互作用占主要.     

简单金属小团簇Aln（n=2～7）的磁性

使用自旋极化的密度泛函理论下的第一原理方法,对简单金属铝的小团簇Aln(n=2～7)的结构特性和磁性进行了理论计算.结果表明:团簇的结合能随着团簇中原子数的增加而增大;虽然Al是简单金属,但是其小团簇Aln(n=2～7)具有磁性,磁矩在1 μB和2 μB间变化;通过能级图分析了Aln团簇磁矩的变化规律.此外,还分析了Aln团簇的磁矩、结合能、能量的一阶和二阶差分随原子数n的变化,讨论了最稳定团簇Al5的电子结构和电荷密度.     

Al_n(n=2～10)团簇结构和性质的密度泛函理论研究

在密度泛函理论框架下,采用广义梯度近似泛函BPW91研究了Al_n(n=2～10)团簇的基态结构,系统计算了平均结合能、能量二阶差分、HOMO-LUMO能隙及Al_n(n=2～10)团簇的磁性,并与已有的相关数据进行了比较.结果表明,Al_n团簇的最稳定结构在原子数为n=6时从平面结构转变为立体结构,Al7团簇较相邻尺寸团簇的稳定性要高,磁性分析得到Al_n团簇的平均每原子磁矩在n=2,4,6时为2μB,当n=1,3,5,7,9时为1μB,与实验结果一致.     

AgCl团簇结构的研究

利用遗传算法结合经验势,研究了(AgCl)n(n≤15)团簇的稳定结构.结果表明,当n<4时,(AgCl)n团簇的稳定结构为单环;当n>4时,(AgCl)n团簇的稳定结构均为密堆结构;从n=13起,(AgCl)n团簇结构从有序变为无序.反映出(AgCl)n团簇成键主要以离子键为主,并具有共价键的特点.(AgCl)n(n=4,6,8,9,13)的结构较为稳定.     

X掺杂团簇Bn+1(n=1~11; X=Be, Mn)的密度泛函研究

本文利用密度泛函理论对BnX(n=1~11; X=B, Be, Mn)基态结构、稳定性、电子构型与磁性开展了系统研究. 结果表明: 团簇BnX( n=5~11; X=Be, Mn)中的X原子均位于高配位,BnBe的基态构型为多重度为1或2的低重态;团簇BnX的平均结合能均随尺寸的增大而逐渐增大,n取值相同时,Bn+1团簇的平均结合能最高. HOMO-LOMO能隙结果表明, 掺杂铍原子、锰原子有利于提高纯硼团簇的化学活性;团簇BnBe中的Be原子是电荷的受体,团簇BnMn中Mn原子轨道电子表现出显著的spd杂化;团簇BnX (X=B,Be)中的开壳层结构磁矩主要由2p轨道贡献. 团簇BnMn均为开壳层结构,总磁矩主要由Mn3d轨道贡献. 随着团簇BnMn尺寸的增大,Mn原子的配位数增大,B-Mn平均键长增大,Mn3d轨道磁矩减小而导致团簇的总磁矩减小.     

NinC（n=1-6）掺杂团簇基态的密度泛函研究

采用密度泛函理论,通过几何构型优化和振动频率计算,得到了NinC（n=1-6）团簇的基态几何结构和多重态。NinC基态团簇构型并不都具有最高对称性,可以由前一NinC构型结合一个镍原子并经过形变得到;自然电子组态分析表明团簇中镍碳原子结合较镍原子间结合稳定;同时对镍团簇磁矩进行了分析。     

Mn掺杂(ZnTe)12团簇结构和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统地研究了Mn原子单掺杂和双掺杂(ZnTe)12团簇的结构和磁性质.我们考虑了两种掺杂方式:替代掺杂和间隙掺杂.首先比较了各种掺杂团簇的稳定性.结果表明,对于单掺杂,替代掺杂团簇是最稳定结构,而对于双掺杂,间隙掺杂团簇是最稳定结构.在结构优化的基础上,对掺杂团簇又进行了磁性计算.团簇磁矩主要来自Mn-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩.由于轨道杂化,相邻的Zn和Te原子上也产生少量自旋.     

Ni^＋Nen（n=1-7）和Ni^＋Arn（n=1-6）团簇的结构与稳定性

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3LYP方法在6-311+G(d)基组水平上对Ni+Nen(n=1-7),Ni+Arn(n=1-6)团簇的各种可能构型进行了几何优化,得到了团簇的最稳定结构,并对最稳定构型的电子结构、电荷分布进行了理论分析.结果表明:当团簇离子n≤4时为平面构型,n>4时为立体构型.同时,能量分析和自然键轨道(NBO)分析表明Ni+Nen团簇的稳定性不如Ni+Arn.     

Co掺杂ZnSe团簇稳定性和磁性质

采用密度泛函理论研究了Co原子单掺杂和双掺杂(ZnSe)12团簇的结构、电子性质和磁性质.考虑了三种掺杂方式:替代掺杂、外掺杂和内掺杂.首先比较了各种掺杂团簇的稳定性.单掺杂时,外掺杂团簇是最稳定结构,双掺杂时,内掺杂团簇是最稳定结构.在结构优化的基础上,对掺杂团簇又进行了磁性计算.团簇磁矩主要来自Co-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩.由于轨道杂化,相邻的Zn和Se原子上也产生少量自旋.最重要的是,我们指出内双掺杂团簇是铁磁耦合,在纳米量子器件领域有潜在的应用价值.     

密度泛函理论对NiBen(n=2-12)团簇结构和性质的研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似对NiBen(n=2-12)团簇的几何构型进行优化,并对能量、频率和磁性进行了计算,同时考虑了电子的自旋多重度。结果表明:团簇的几何结构与自旋多重度有关,最低能量结构的自旋多重度是3和1;n≥4时,较强的p,d杂化导致团簇的磁矩淬灭;与Ben 1(n=2-12)团簇相比,NiBen(n=2-12)团簇的稳定性增强;能隙明显减小,化学活性增强,得出了掺杂Ni原子可以增强团簇稳定性和化学活性的结论;二阶能量差分表明,4,10是团簇的幻数。     

TM_nCOT(n+1)层状团簇的结构及其电磁性质

应用密度泛函理论研究了TM-COT(TM:Ti,Zr,Hf;cyclooctatetraene,COT,环辛四烯)层状团簇(TMnCOTn+1,n=1～3),发现这些团簇具有很好的热力学稳定性;团簇的HOMO-LUMO能隙呈现奇偶交替变化的趋势,且TM2COT3团簇的HOMO-LUMO能隙最大,暗示这种团簇的电子结构最稳定.计算得到TMCOT2团簇的结合能最大,除了TiCOT的磁矩为2μB以外,其他所有团簇的磁矩均为0,尤其重要的是,它们的自旋稳定性要比EunCOTn+1好.     

密度泛函理论研究EuSin(n=12-18)团簇的结构、稳定性与电子性质

本文采用基于密度泛函理论的B3LYP/CEP 31G方法,对EuSin(n=12- 18)团簇的平衡结构、基态相对稳定性、电子性质及其随团簇尺寸的变化趋势进行了研究.结构优化和绝热电子亲和势(AEA)的计算结果表明,从n=12开始Eu原子开始占据了团簇的内部位置并形成笼状结构,同时AEA计算结果表明EuSi13团簇获得电子的能力最强.团簇的平均结合能、离解能、能量二阶差分计算结果均表明当n=13、15、17时团簇是比较稳定的.能隙分析说明(F1)掺杂后团簇的化学活性有所增强,n=16时团簇具有较高化学稳定性.Mulliken布居分析表明n=13 - 17时电荷由Si原子向Eu原子转移而电荷转移量随n的增大而减少,在n=18时Eu原子电荷为正值开始失去电子,电荷转移方向出现了翻转.     

钒掺杂碲化锌团簇结构和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统地研究了V原子单掺杂和双掺杂(ZnTe)12团簇的结构和磁性质.我们考虑了替代掺杂、外掺杂和内掺杂.不管是单掺杂还是双掺杂,外掺杂团簇都是最稳定结构.团簇磁矩主要来自V-3d态的贡献,4s和4p态也贡献了一小部分磁矩.由于轨道杂化,相邻的Zn和Te原子上也产生少量自旋.V原子之间的磁性耦合是短程相互作用.     

(HgTe)_n(n=2～8)团簇的基态结构和电子性质

采用密度泛函理论计算,研究了(HgTe)n(n=2～8)团簇基态结构、结合能、能隙、垂直亲和势和二阶能量差分等性质。在广义梯度近似下,对(HgTe)n各种可能的几何结构进行了优化,预测了各团簇的最稳定结构,并对其电子性质进行了计算。研究结果表明:当n=2、n=3时,团簇的最低能量构型是平面结构;当n≥4时,团簇的最低能量结构是三维结构,并且可以看成是由(HgTe)2和(HgTe)3单元组成。(HgTe)n团簇的能隙、垂直亲和势和二阶能量差分表明:(HgTe)3和(HgTe)6是团簇的稳定结构,即n=3和n=6是团簇的幻数。     

双金属团簇Au_nM_2的几何结构、电子结构和磁性的研究

采用基于密度泛函理论的第一原理方法系统研究了双金属小团簇AunM2(n=1,2;M=Y,Zr,Nb,Mo,Tc,Ru,Rh,Pd)的几何结构、稳定性、电子结构及磁性,给出了这些团簇的基态稳定构型.计算结果表明,Au与4d元素可形成大量低能异构体.有些异构体在结构上相近,这不同于共价键或离子键类型的团簇.与纯过渡金属团簇类似,双金属小团簇AuM2,Au2M2也表现出复杂的磁性,其中过渡元素的磁矩相比体材料而言既有增强也有减弱,与轨道的交换劈裂密切相关.     

双金属团簇AunM2的几何结构、电子结构和磁性的研究

采用基于密度泛函理论的第一原理方法系统研究了双金属小团簇AunM2（n=1,2;M=Y,Zr,Nb,Mo,Tc,Ru,Rh,Pd）的几何结构、稳定性、电子结构及磁性,给出了这些团簇的基态稳定构型.计算结果表明,Au与4d元素可形成大量低能异构体.有些异构体在结构上相近,这不同于共价键或离子键类型的团簇.与纯过渡金属团簇类似,双金属小团簇AuM2,Au2M2也表现出复杂的磁性,其中过渡元素的磁矩相比体材料而言既有增强也有减弱,与轨道的交换劈裂密切相关.     

中等尺寸ZnSe团簇结构稳定性和电子性质研究

文章研究了中等尺寸的(ZnSe)n(n=24,28,36,48)团簇的结构稳定性和电子性质.通过手工搭建和从体材料中切割得到团簇构型,并参考了其它Ⅱ-Ⅳ族团簇的一些低能结构,使用DMol软件包进行结构优化和能量计算.研究结果表明,中等尺寸的(ZnSe)n团簇,当n=24,28和36时,笼状和管状结构的能量最低;当n=48时,纤锌矿(WZ)体材料结构的能量最低;笼状结构、管状结构具有相对较大的HOMO-LUMO能隙,而洋葱结构和WZ体材料结构的能隙相对较小.     

基于密度泛函理论对AgAu_n团簇结构及电子性质的研究

从第一性原理出发,利用密度泛函理论中广义梯度近似对AgAun(n=1～8)团簇几何结构和电子结构进行分析,得到了AgAun团簇最低能量结构及亚稳态结构.结果表明,当2≤n≤7时,AgAun团簇的基态结构为平面结构,可通过较小的团簇边戴帽一个原子生长而得,n=8是AgAun二元团簇由二维结构转变为三维结构的临界尺寸.综合AgAun团簇基态的平均结合能、二阶能量差分、垂直电离势及最高占据分子轨道与最低未占据分子轨道之间的能隙分析可知,n为奇数的AgAun团簇的稳定性相对较高,并且AgAu5团簇的稳定性表现突出.     

基于密度泛函理论对AgAun团簇结构及电子性质的研究

从第一性原理出发,利用密度泛函理论中广义梯度近似对AgAun(n=1～8)团簇几何结构和电子结构进行分析,得到了AgAun团簇最低能量结构及亚稳态结构.结果表明,当2≤n≤7时,AgAun团簇的基态结构为平面结构,可通过较小的团簇边戴帽一个原子生长而得,n=8是AgAun二元团簇由二维结构转变为三维结构的临界尺寸.综合AgAun团簇基态的平均结合能、二阶能量差分、垂直电离势及最高占据分子轨道与最低未占据分子轨道之间的能隙分析可知,n为奇数的AgAun团簇的稳定性相对较高,并且AgAu5团簇的稳定性表现突出.     

密度泛函理论研究（MgO）n团簇吸附Ag原子的结构和电子性质

采用密度泛函理论中的广义梯度近似（GGA）对（MgO）n吸附银原子的几何构型进行优化,并对能量、电荷分布和电子性质进行了计算．结果表明,当n≥4,银原子吸附在空位的结构是最低能量结构,随着银原子数的增加,增加的银原子易与原来的银原子形成银团簇．电荷布局数分析表明,银原子与（MgO）n团簇的相互作用主要是来自较弱的原子极化,吸附的银原子导致其近邻的原子电荷重新分布．通过与纯的氧化镁团簇对比发现,银原子的吸附对氧化镁团簇的成键特性和结构影响比较小．一阶能量差分、分裂能和电子亲和势表明Ag（MgO）4和Ag（MgO）6团簇是稳定的．