论文摘要
在认识物质如何从微观状态过渡到宏观状态过程中,团簇研究起着非常重要的作用。过去的二十年间,团簇研究,尤其是微团簇研究在理论和实验方面都呈现了快速发展的态势。尽管实验方法得到了很大程度的改善,然而真正制备和研究某些孤立团簇仍存在很大困难。计算机模拟一方面对理解实验观测结果提供了帮助,另一方面还可应用于那些实际在实验上很难得到数据的体系。基于第一性原理的计算机模拟,在原子水平级已经成功用于研究块体、表面和团簇性质。本论文应用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Zrn（n=2-16）团簇及ZrnFe（n=2-13）的几何结构和稳定性,另外还重点研究了ZrnFe（n=2-13）团簇的磁性。第一章首先简要介绍了团簇科学、研究意义。第二章介绍了本文所采用的理论工具——基于密度泛函理论的第一性原理方法。第三章从第一性原理出发,利用密度泛函理论中的广义梯度近似（GGA）对Zrn（n=2-16）团簇进行了结构优化、能量和频率计算。在充分考虑自旋多重度的前提下,对每一具体尺寸的团簇,得到了多个平衡构型,并根据能量高低确定了团簇的基态结构。综合团簇的结合能、离解能、二阶能量差分以及团簇的最高占据轨道（HOMO）和最低未占据轨道（LUMO）间的能隙可知Zr2、Zr5、Zr7、Zr13和Zr15比其它团簇的稳定性高。Zr13团簇的结构是具有Ih对称性的正二十面体,而且Zr13的稳定性在所有团簇中是最高的。第四章从第一性原理出发,利用密度泛函理论中的广义梯度近似（GGA）对ZrnFe（n=2-13）团簇进行了结构优化、能量和频率计算。在充分考虑自旋多重度的前提下,对每一具体尺寸的团簇,得到了多个平衡构型,并根据能量高低确定了团簇的基态结构。综合团簇的结合能、二阶能量差分以及团簇的最高占据轨道（HOMO）和最低未占据轨道（LUMO）间的能隙可知Zr5Fe、Zr7Fe和Zr12Fe团簇的稳定性相对较高,Zr12Fe团簇的结构是具有Ih对称性的正二十面体,而且Zr12Fe的稳定性在所有团簇中是最高的。另外,不仅Zr5Fe、Zr7Fe和Zr12Fe团簇的稳定性相对较高,而且它们均为磁性团簇（而Zrn团簇的磁矩在n≥5时已经发生了淬灭）,由此可知通过选择合适的掺杂元素可能得到高稳定的磁性团簇。从Mulliken布居分析结果可知,除了在Zr12Fe团簇中Fe原子失去少量电荷外,其它团簇中Fe原子均从Zr原子那里得到了一定量电荷,即Fe原子在ZrnFe（n=2-13,n≠12）团簇中是电子受体。
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标签：密度泛函理论论文; 团簇论文; 基态结构论文; 平均结合能论文; 二阶能量差分论文; 自旋多重度论文; 磁矩论文;