第一性原理計(jì)算Zr-,n-、Zr-,n-Fe團(tuán)簇的基態(tài)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性及其磁性.pdf

1、在認(rèn)識(shí)物質(zhì)如何從微觀狀態(tài)過渡到宏觀狀態(tài)過程中，團(tuán)簇研究起著非常重要的作用。過去的二十年間，團(tuán)簇研究，尤其是微團(tuán)簇研究在理論和實(shí)驗(yàn)方面都呈現(xiàn)了快速發(fā)展的態(tài)勢。盡管實(shí)驗(yàn)方法得到了很大程度的改善，然而真正制備和研究某些孤立團(tuán)簇仍存在很大困難。 計(jì)算機(jī)模擬一方面對理解實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果提供了幫助，另一方面還可應(yīng)用于那些實(shí)際在實(shí)驗(yàn)上很難得到數(shù)據(jù)的體系。基于第一性原理的計(jì)算機(jī)模擬，在原子水平級(jí)已經(jīng)成功用于研究塊體、表面和團(tuán)簇性質(zhì)。 本論文

2、應(yīng)用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究了Zr<,n>(n=2-16)團(tuán)簇及Zr<,n>Fe(n=2-13)的幾何結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，另外還重點(diǎn)研究了Zr<,n>Fe(n=2-13)團(tuán)簇的磁性。 第一章首先簡要介紹了團(tuán)簇科學(xué)、研究意義。 第二章介紹了本文所采用的理論工具——基于密度泛函理論的第一性原理方法。 第三章從第一性原理出發(fā)，利用密度泛函理論中的廣義梯度近似(GGA)對Zr<,n>(n=2-16)團(tuán)簇進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)

3、化、能量和頻率計(jì)算。在充分考慮自旋多重度的前提下，對每一具體尺寸的團(tuán)簇，得到了多個(gè)平衡構(gòu)型，并根據(jù)能量高低確定了團(tuán)簇的基態(tài)結(jié)構(gòu)。綜合團(tuán)簇的結(jié)合能、離解能、二階能量差分以及團(tuán)簇的最高占據(jù)軌道(HOMO)和最低未占據(jù)軌道(LUMO)間的能隙可知Zr<,2>、Zr<,5>、Zr<,7>、Zr<,13>和Zr<,15>比其它團(tuán)簇的穩(wěn)定性高。Zr<,13>團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)是具有I<,h>對稱性的正二十面體，而且Zr<,13>的穩(wěn)定性在所有團(tuán)簇中是最高的

4、。第四章從第一性原理出發(fā)，利用密度泛函理論中的廣義梯度近似(GGA)對Zr<,n>Fe(n=2-13)團(tuán)簇進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化、能量和頻率計(jì)算。在充分考慮自旋多重度的前提下，對每一具體尺寸的團(tuán)簇，得到了多個(gè)平衡構(gòu)型，并根據(jù)能量高低確定了團(tuán)簇的基態(tài)結(jié)構(gòu)。綜合團(tuán)簇的結(jié)合能、二階能量差分以及團(tuán)簇的最高占據(jù)軌道(HOMO)和最低未占據(jù)軌道(LUMO)間的能隙可知Zr<,5>Fe、Zr<,7>Fe和Zr<,12>Fe團(tuán)簇的穩(wěn)定性相對較高，Zr<,12>

5、Fe團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)是具有I<,h>對稱性的正二十面體，而且Zr<,12>Fe的穩(wěn)定性在所有團(tuán)簇中是最高的。另外，不僅Zr<,5>Fe、Zr<,7>Fe和Zr<,12>Fe團(tuán)簇的穩(wěn)定性相對較高，而且它們均為磁性團(tuán)簇(而Zr<,n>團(tuán)簇的磁矩在n≥5時(shí)已經(jīng)發(fā)生了淬滅)，由此可知通過選擇合適的摻雜元素可能得到高穩(wěn)定的磁性團(tuán)簇。從Mulliken布居分析結(jié)果可知，除了在Zr<,12>Fe團(tuán)簇中Fe原子失去少量電荷外，其它團(tuán)簇中Fe原子均從Zr原子那