铑硅混合团簇几何构型及电子结构性质的理论研究

论文摘要

过渡金属掺杂的硅基团簇作为一种半导体材料的基元,在微电子技术应用和新材料设计领域中占有着极为重要的地位。本论文主要运用密度泛函方法对第八族4d过渡金属铑掺杂的硅基混合团簇进行了系统的理论研究,一方面研究了中性RhSin（n=1-6）团簇的几何与电子结构性质,另一方面研究了RhSin+和RhSin-离子团簇的电子结构和激发态性质。 我们在（U）B3LYP/LanL2DZ水平上,对RhSin（n=1-6）团簇的各种几何构型进行了优化,得到了该团簇一系列稳定的几何和电子结构,并在此基础上讨论了相对最稳定结构的平均束缚能、分裂能、自然布居、HOMO-LUMO能隙、局域磁性。结果表明,RhSin（n=1-6）团簇的相对最稳定结构都基本上保持了Sin+1团簇基态构型的框架,这是由于Si-Si键相互作用比Rh-Si键相互作用强的结果。通过计算最稳定构型的束缚能和分裂能,研究了RhSin（n=1-6）团簇的相对稳定性,发现RhSi3是其中热力学结构相对最稳定的团簇。分析RhSin（n=1-6）团簇的自然布居,可知电子主要从Si原子的3s轨道和Rh原子的5s轨道向Rh原子的4d轨道转移。RhSin（n=1-6）团簇的磁性主要来源于Rh原子的4d轨道的贡献。RhSi3团簇的HOMO-LUMO能隙相对其它团簇最大（2.075eV）,表明它的化学稳定性较强,这与它的热力学稳定性最强的结果正好吻合。 为了便于实验上的结果相比较,我们同样在（U）B3LYP/LanL2DZ水平上对RhSin+和RhSin-团簇的结构和电子性质进行了研究。与中性的RhSin团簇比较,大部分的RhSin+和RhSin-团簇都基本保持了其原有的结构框架。RhSi4+团簇结构变化相对较大,从中性畸变的四棱锥结构变成“铲子状”结构,这与RhSi4+团簇的绝热电离能（AIP）和垂直电离能（VIP）差值最大的结果相吻合。RhSi2-团簇结构键角增大较多,这与RhSi2-团簇的绝热亲和能（AEA）和垂直亲和能（VEA）差值相对其它团簇最大的结果是一致的。平均束缚能研究表明,除了RhSi3+团簇,所有RhSin+和RhSin-团簇的平均束缚能都高于与其相应的中性团簇。分裂能研究发现,象在中性RhSin团簇中RhSi3最稳定一样,RhSi3+,RhSi3-也分别是RhSin+和RhSin-

论文目录

• 第一章 绪论
• §1.1 团簇的研究概况
• §1.2 团簇的基本性质及研究意义
• §1.3 团簇研究的主要问题
• §1.4 硅团簇及混合硅团簇的研究
• §1.5 本论文的目的和主要工作
• 参考文献
• 第二章 团簇研究的理论方法
• §2.1 引言
• §2.2 总能量的计算方法
• 2.2.1 从头算法
• 2.2.2 密度泛函理论方法
• 2.2.3 半经验方法
• 2.2.4 经验势方法
• §2.3 势能面的搜索方法
• 2.3.1 分子动力学方法
• 2.3.2 蒙特卡罗方法
• 2.3.3 遗传算法
• §2.4 GAUSSIAN03软件的功能简介
• 参考文献
• n（n=1-6）团簇'>第三章 密度泛函方法研究RhSi_n（n=1-6）团簇
• §3.1 引言
• §3.2 计算方法
• §3.3 结果与讨论
• n（n=1-6）团簇的几何构型和稳定性'>3.3.1 RhSi_n（n=1-6）团簇的几何构型和稳定性
• 3.3.2 束缚能和分裂能
• 3.3.3 布居分析
• 3.3.4 磁性分析
• 3.3.5 关于HOMO-LUMO的讨论
• §3.4 总结
• 参考文献
• n⁺和RhSi_n^-团簇的密度泛函理论研究'>第四章 RhSi_n⁺和RhSi_n^-团簇的密度泛函理论研究
• §4.1 引言
• §4.2 计算方法
• §4.3 结果与讨论
• 4.3.1 几何结构和稳定性
• 4.3.2 平均束缚能和分裂能
• 4.3.3 绝热电离能和垂直电离能
• 4.3.4 绝热亲和能和垂直亲和能
• 4.3.5 HOMO-LUMO能隙
• §4.4 总结
• n⁺团簇和RhSi_n^-团簇激发态性质的讨论'>§4.5 RhSi_n⁺团簇和RhSi_n^-团簇激发态性质的讨论
• 4.5.1 引言
• 4.5.2 计算细节
• 4.5.3 结果与讨论
• 参考文献
• 第五章结论与展望
• §5.1 结论
• §5.2 展望
• §5.3 后续工作打算
• 攻读学位期间发表论文及获奖情况
• 致谢