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．     

少电子原子体系精密谱理论和计算方法

得益于现代激光精密测量技术,某些少电子原子体系(如氢、氦、锂、铍等)的光谱测量具有非常高的精度.高精度实验值与高精度理论值的对比,为高精度地检验基本物理理论、高精度地测定出基本物理常数以及原子核电荷半径等物理参数提供了重要渠道.要把原子体系的光谱计算到当前实验值的精度并非易事,需要把电子关联效应、相对论效应和量子电动力学(QED)效应计算到足够高的精度.最近几十年来,得益于现代计算机技术的发展和此领域科研人员的不懈努力,少电子原子体系的精密计算取得了重要进展.本文介绍了高精度计算少电子原子体系能级的理论方法和计算技术,包括等效哈密顿量的推导、薛定谔方程的求解、相对论和QED效应的计算,以及原子核的有限质量效应和电荷分布半径效应;对近二三十年取得的重要进展进行了评述并对未来的发展进行了展望.     

PdFe(110)电子结构及电催化性能的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)的平面波赝势方法计算了不同注入电荷和掺杂Fe原子比例的PdxFey(110)表面原子结构和电子结构特性。结果表明,Fe原子比例对表面褶皱s影响较小,注入电荷数量对表面褶皱s影响很大;Fe原子掺杂使Pd的4d10轨道电子向低能级轨道移动,增加了d空穴。布居分析表明电极的表层电荷分布比金属态表面增多;Fe掺杂的表层电荷分布比不掺杂电极表面增多。电子结构分析表明,电极表面的s、p、d轨道电子和总电子均比金属态表面减少;Fe掺杂后,Pd和Fe的表面原子趋向于杂化构型,Pd表层原子向Fe表层原子发生电子转移,增加表面反应活性,有利于电催化反应。     

全相对论下的离域作用以及质量与电荷的相对论效应

基于全对称群的Dirac方程,通过计算硼、碳、氮、氧和氟原子的性质,研究全相对论下的离域作用以及质量与电荷的相对论效应.在单群的非相对论、双群的相对论和全对称群的相对论这三种不同水平的理论下,电子状态的表述是不同的.对于相对论和非相对论都存在离域作用,而相对论的离域作用要满足"全对称群的最大几率原则".同一周期的原子,其质量相对论效应相当显著.对于正离子电荷的差别,不会出现新的相对论效应.     

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.     

第一性原理研究Au_n(n=2-11)团簇的结构和稳定性

从第一性原理出发,利用密度泛函理论中广义梯度近似对Aun(n=2-11)团簇进行了结构优化、能量和振动频率分析,得到了金团簇最低能量结构及亚稳态结构.计算结果表明,Aun(n=2-11)团簇的基态结构均为平面结构,Aun可通过Aun-1边戴帽一个原子生长而得,归咎于相对论效应引起的sd杂化.综合Aun团簇基态的平均结合能、离解能及二阶能量差分可知,n为偶数的Aun团簇的稳定性相对较高,并且Au6团簇的稳定性在所有团簇中是最突出的.     

Uub(Z = 112)和Hg(Z = 80)元素的原子结构和激发态性质

在全相对论理论框架下, 通过细致考虑电子关联效应和Breit相互作用, 计算了Uub(Z = 112)和Hg(Z = 80)原子的激发态结构、共振吸收振子强度及其一价和二价离子的基态. 通过与同族Hg元素的比较, 进一步分析了相对论效应和电子关联效应对Uub元素的价轨道性质、激发态结构及一价和二价离子的基态的影响, 并预言了Uub元素的两个可能被实验观测到的共振态的能级位置和吸收振子强度.     

Ga原子亚稳态超精细结构常数及其同位素核矩的理论计算

在相对论多组态Dirac-Fock（MCDF）论基础上,通过系统考虑电子关联效应以及相对论效应,获了与最近实验值符合很好71Ga亚稳态4s24p2P3/2超精细结构常数,并进而到了71Ga的磁偶极矩和电四极矩.在忽略场移效应对Ga原子亚稳态超精细结构影响情况下,进一步给出了Ga原子其他同位素67,69,72-79,81Ga磁偶极矩和电四极矩,与已有实验结果相比,有着很好一致性.     

团簇Co3MoS电子性质密度泛函分析

为了探究微观状态下,团簇Co3MoS内部电子的变化情况及其流动机理,在B3LYP泛函高水平条件下,采用Lanl2DZ基组对团簇Co3MoS的电子性质进行了分析.优化分析后得到8种稳定构型,其中二重态和四重态各4种,含有四棱锥型、三角双锥型、单帽三角锥型3种形态.通过对团簇Co3MoS的电荷、布居数、原子及原子间的电子自旋密度和自旋密度图进行分析,可以得到:金属原子Co和Mo一般作为电子供体,非金属原子S一般作为电子受体,金属原子的存在对构型内部电子流动的贡献最大;团簇Co3MoS各原子主要由p轨道接受电子,s轨道提供电子,d轨道较为复杂,既有构型接受电子又有构型提供电子;α电子和β电子的分布情况对构型的稳定性会有一定的影响.     

团簇NiCo2S4的电子性质

依据密度泛函理论在B3LYP/Lan12dz水平下对团簇NiCo2S4进行优化计算,确定12种优化构型,并对其电子性质进行分析.团簇NiCo2S4整体呈电中性,其内部电子均从Ni、Co原子流入S原子,且从s轨道流向p、d轨道.Ni、Co原子均是电子供体,S原子是电子受体.构型1(3)电子流动性最强,构型1(1)电子流动性最弱,且三重态整体电子流动性强于单重态.Ni-4s轨道和Co-4s轨道对团簇NiCo2S4整体电子流动性贡献最大,而S原子三个轨道贡献均较小.稳定性与电子密度分布有关,电子密度分布对称性越好,且α电子云和β电子云重叠程度越高的构型越稳定.     

Pu(H_2O)_5~(3+)和Pu(H_2O)_5~(4+)团簇的相对论密度泛函研究

用TPSSTPSS密度泛函方法,Pu离子和H2O分子分别采用相对论有效原子实势(RECP)和6-31g基组,研究了Pu(H2O)53+和Pu(H2O)54+团簇溶剂化和非溶剂化效应中的几何结构及紫外可见吸收光谱.计算结果表明:水溶剂环境对Pu(H2O)53+及Pu(H2O)54+团簇的几何结构影响都比较明显.NBO电荷分析表明水分子与钚离子之间没有直接的电荷转移.所研究团簇的未配对电子都占据5f轨道.在气相及水溶剂环境下,所研究团簇的紫外可见吸收光谱存在较大差距.主要的吸收峰大都源于f电子之间的跃迁.     

Pu(H2O)53+和Pu(H2O)54+ 团簇的相对论密度泛函研究

用TPSSTPSS密度泛函方法, Pu离子和H₂O分子分别采用相对论有效原子实势(RECP)和6-31g基组, 研究了Pu(H₂O)₅³⁺和Pu(H₂O)₅⁴⁺ 团簇溶剂化和非溶剂化效应中的几何结构及紫外可见吸收光谱. 计算结果表明: 水溶剂环境对Pu(H₂O)₅³⁺及Pu(H₂O)₅⁴⁺ 团簇的几何结构影响都比较明显. NBO电荷分析表明水分子与钚离子之间没有直接的电荷转移. 所研究团簇的未配对电子都占据5f轨道. 在气相及水溶剂环境下, 所研究团簇的紫外可见吸收光谱存在较大差距. 主要的吸收峰大都源于f电子之间的跃迁.     

Experimental measurement of valence electron concentration of icosahedral AlPdMn quasicrystal

The valence charge density distribution for the icosahedral AlPdMn (i-AlPdMn) quasicrystal was obtained with the structure factors of the nine strongest symmetry inequivalent reflections, which were refined by using the quantitative convergent beam electron diffraction (QCBED) technique. It shows that the bonding charge is localized. The enhanced charge density in the middle of the aluminum-transition-metal (Al-TM) bond shown in the valence charge density distribution is the characteristic of covalent bonding. Assuming that the shape of an atom is a sphere with covalent radius, the number of electrons that each atom gains or loses in 55 different pseudo-Mackay clusters (PMCs) was calculated based on the obtained valence charge density distribution. It indicates that almost all the atoms lose electrons except a few Pd atoms that are in some particular shells. It also shows that the atoms of an identified element could have different valences because of chemically and/or structurally different local environments in which the atoms situate. Regardless of the topology and chemical occupancy, the number of valence electrons per atom in a cluster is close to 1.69. This strongly suggests that the pseudo-Mackay clusters are stabilized at a certain electron concentration. Biography: YU Fengmei (1965–), female, Professor, Ph.D., research direction: quasicrystal physics.     

MSn_（10）（M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni）团簇的稳定性和磁性研究

采用密度泛函理论（density functional theory,DFT）中的广义梯度近似（generalized gradient approximation,GGA）对Sn11团簇的4种同分异构体（对称性分别为D5h,D5d,D4h,D4d）的几何结构、电子结构计算研究,得出对称性为D5d的团簇最稳定.将Sn11团簇的中心原子替换成过渡金属原子成为MSn10（M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni）团簇,对其稳定性和磁性进行了分析.在Sn11团簇中将中心原子替换成过渡金属原子后,束缚能都变小了,说明过渡金属原子的替换提高了原锡团簇的稳定性,其中NiSn10团簇的束缚能最小,稳定性最强.过渡金属原子都具有一定的磁性,当把这些原子掺入锡团簇后,过渡金属原子的磁性都有所减弱,其中MSn10（M=Sc,Ti,V,Ni）团簇的磁性完全消失,其原因在于掺杂后,团簇中各原子的电荷分布发生了变化.     

铁原子簇的磁性和几何结构研究

用ＭＳ－Ｘα方法研究了Ｆｅ８原子簇（具有Ｄ６ｈ对称）和Ｆｅ１５原子簇（具有Ｏｈ对称）的电子结构,结果表明：⑴两种原子簇中的Ｆｅ原子磁矩及其ｄ能带中的交换劈裂性质互不相同;⑵两类原子簇中的电荷分布不是均匀的,电荷倾向于从外围原子向内部原子上转移,并且被转移电子的自旋方向（正自旋或负自旋）与原子簇的对称性质密切相关。     

Bipolar supercurrent in graphene

Graphene--a recently discovered form of graphite only one atomic layer thick--constitutes a new model system in condensed matter physics, because it is the first material in which charge carriers behave as massless chiral relativistic particles. The anomalous quantization of the Hall conductance, which is now understood theoretically, is one of the experimental signatures of the peculiar transport properties of relativistic electrons in graphene. Other unusual phenomena, like the finite conductivity of order 4e(2)/h (where e is the electron charge and h is Planck's constant) at the charge neutrality (or Dirac) point, have come as a surprise and remain to be explained. Here we experimentally study the Josephson effect in mesoscopic junctions consisting of a graphene layer contacted by two closely spaced superconducting electrodes. The charge density in the graphene layer can be controlled by means of a gate electrode. We observe a supercurrent that, depending on the gate voltage, is carried by either electrons in the conduction band or by holes in the valence band. More importantly, we find that not only the normal state conductance of graphene is finite, but also a finite supercurrent can flow at zero charge density. Our observations shed light on the special role of time reversal symmetry in graphene, and demonstrate phase coherent electronic transport at the Dirac point.     

团簇V3BP电子自旋密度的研究

基于密度泛函理论，对B3LYP/Lanl2dz赝势基组水平的V₃BP的11种优化构型通过分析其电子自旋密度分布进行稳定性的研究。结果表明：团簇V₃BP最稳定构型1^（4）外围电子自旋密度分布均匀，对称性好；内部原子间成键强弱均匀，对称性好；最不稳定构型8^（2）外围α电子和β电子交替分布且分布不均匀，对称性差且极不规整；内部原子间成键强度各不相同，同一类型键原子间成键强弱也不均匀；团簇V₃BP各优化构型的外围电子分布由α电子和β电子共同组成，且α电子所占比例较大；构型2^（4）、1^（2）、4^（2）、8^（2）内部原子间成键后均为β电子过剩，其余构型内部原子间成键后均为α电子过剩。     

La3和La4分子的结构与性质分析

在La原子的相对论有效原子实势下,用密度泛函B3LYP方法对La3分子和La4分子的各种可能的结构进行优化计算.结果表明,La3分子有3种稳定结构,其中D3h结构最稳定,为基态.La4分子存在10种稳定结构,其中平面C2V结构最稳定.详细讨论了Td构型和D4h构型的Jahn-Teller效应,结果表明,它们的各种畸变方式都符合群的分解原理.