论文题目: 钽硅混合团簇和纯铱团簇的几何及电子结构性质的理论研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学
作者: 郭平
导师: 侯洵,任兆玉
关键词: 团簇,相对论密度泛函理论,结构,稳定性
文献来源: 西北大学
发表年度: 2005
论文摘要: 团簇是材料设计中一个非常有意义的研究领域,因为材料的性质可以通过改变团簇的尺寸、结构、组成而设计。团簇集成材料的制造依赖于寻找到恰当的团簇作为结构单元,这种团簇应具有较强的化学稳定性且团簇间相互作用较弱。本论文主要利用基于广义梯度近似的相对论密度泛函方法研究了TaSin（n=1-13,16）、TaSin+（n=1-13,16）和Irn（n=2-13）团簇的几何及电子结构性质。 鉴于Hiura的实验,我们先后对过渡金属掺杂的硅基混和团簇TaSin（n=1-13,16）和TaSin+（n=1-13,16）的几何结构、稳定性、电子性质和成键特性进行了系统的研究,找出了TaSin（n=1-13,16）团簇的一系列稳定构型,并得到了相应最稳定构型的演变规律。结果表明,除TaSi3外,TaSin（n=1-6）团簇的最稳定结构具有与Sin+1基态结构相似的框架。在最稳定的TaSin（n=1-11）团簇结构中,随着Si原子数的增加,Ta原子处于一个逐渐下沉的表面位点,而TaSi12是一个D6h对称的Ta原子内嵌在硅笼中的胶囊状结构。由此推断,n≥12时,TaSin团簇的最稳定结构都可能是金属原子内嵌在硅笼中的笼子状构型。TaSi13团簇的最稳定结构是C2v对称的笼子状结构、TaSi16团簇的最稳定构型是相对C4v对称稍有畸变的富勒烯结构有力证明了上述推断。相对稳定性研究结果表明,中性TaSin团簇中几个大团簇的相对稳定性与实验结果符合较好,小团簇则不然。与中性TaSin团簇相比,相应TaSin+的结构大多数都保持中性TaSin的结构框架,而束缚能和HOMO-LUMO能隙却普遍变大,这些说明TaSin+相对TaSin稳定性得到了一定改善,并能说明正电荷对TaSin团簇的几何结构影响相对较小,而对电子结构影响相对较大。对结构变化较大的TaSi4+和TaSi6+,相应的原子平均束缚能和HOMO-LUMO能隙相对中性团簇的显著增大,这个发现能很好地解释实验结果。通过电荷布局的分析发现,无论在TaSin还是TaSin+（n=1-11）中,Ta原子的Mulliken净布局和Hirshfeld电荷的数值都为正,表明TaSin（n=1-11）团簇中电荷转移是由Ta原子向Sin团簇的。而对TaSin（n=12-13,16）团簇,在Ta原子和Si原子间的电荷转移取向出现了竞争。另外,本论文中还讨论了钽原子的d轨道
论文目录:
摘要
目录
第一章 绪论
§1.1 团簇的研究概况
1.1.1 团簇简介
1.1.2 团簇研究进展
§1.2 纳米团簇的组装与新材料设计
§1.3 金属掺杂硅基团簇的研究发展
§1.4 本论文的工作和创新之处
参考文献
第二章 团簇理论研究的主要方法
§2.1 量子化学方法
2.1.1 从头算方法
2.1.2 密度泛函理论
2.1.3 相对论效应
2.1.4 半经验方法
§2.2 经验势模拟方法
2.2.1 蒙特卡罗方法
2.2.2 分子动力学方法
2.2.3 遗传算法
2.2.4 几种常见的多体经验势模型
§2.3 ADF程序与本论文计算
参考文献
第三章 TaSi_n(n=1-13)团簇几何及电子结构性质的相对论密度泛函研究
§3.1 引言
§3.2 计算细节
§3.3 结果和讨论
3.3.1 几何结构与稳定性
3.3.2 结构演化和布局分析
3.3.3 平均束缚能与分裂能
3.3.4 HOMO-LUMO能隙
§3.4 结论
参考文献
第四章 TaSi_n~+(n=1-13，16)团簇几何及电子结构性质的相对论密度泛函研究
§4.1 引言
§4.2 计算细节
§4.3 结果与讨论
4.3.1 几何构型和稳定性变化
4.3.2 束缚能和分裂能
4.3.3 布居分析
4.3.4 垂直电离能和绝热电离能
4.3.5 HOMO-LUMO能隙
§4.4 结论
参考文献
第五章的 相对论密度泛函结合分子动力学方法计算研究Ir_n(n=2-13)团簇
§5.1 引言
§5.2 计算细节
§5.3 结果和讨论
§5.4 一般结论
5.4.1 结构演化
5.4.2 相对稳定性
5.4.3 谐振频率
5.4.4 电子结构
5.4.5 磁性
§5.5 结论
参考文献
第六章 结论与展望
发表与待发表论文
致谢
发布时间: 2005-11-18
参考文献
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