论文摘要
原子团簇的基态结构研究是当今物理学和化学中的一个重要的前沿课题。团簇的诸多性质都依赖于其基态结构,但是通过实验方式获得团簇的基态结构存在很大困难,于是学者们依据实验提出了一系列适用范围不同的势能模型来描述团簇中原子的相互作用,借助理论化手段,利用现代计算机技术,对原子团簇的结构进行模拟研究,以求得团簇的基态结构。现今用来描述原子间相互作用的主流势能模型有经验势、基于第一性原理的自洽势和紧束缚势。应用这些主流势能模型,学者们设计出各种各样的方法来对原子团簇的基态结构进行模拟研究。但无论应用哪种方法,最终都归于对NP-Hard问题的求解。目前常见的研究算法有蒙特卡洛法、模拟退火算法、遗传算法、分子动力学方法等。由于在催化剂、医药和胶体化学方面具有潜在的应用前景,并有望在合成新型纳米材料及器件中起到重要作用,使得金团簇的研究具有十分重要的意义。通过采用经验势中极具代表性的Lennard-Jones势来描述金团簇中原子间的相互作用,拟物拟人方法能够对其基态结构进行模拟研究。从人类社会所蕴含的高度智慧出发,改进了几种拟人跳坑策略。并从自然界中气体自扩散现象获得启发,设计出一种全新的密度扩散法拟物跳坑策略。拟物跳坑策略结合拟物局部优化法,最终得到了一个求解金团簇基态结构的全局优化算法——纯粹拟物法。经过计算实测,并和算法的试金石——Benchmark相比较,证实了本算法无论在速度上还是在优度上都得到了极大的改进,达到了世界先进水平。