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《西南大学》 2011年
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金属团簇电偶极性的第一性原理研究

张颂  
【摘要】:具有广泛应用前景的纳米材料一直是研究者关注的热点,纳米团簇是低维纳米材料的基本组装单元,它们对开展大尺寸纳米颗粒的研究具有前瞻性的指导价值。而密度泛函理论与数值方法近年来的飞速发展,使人们能够更好地定量描述它们的物理性质,并预言了一些未发现的新奇特征。已有的研究表明,纳米团簇的性质在很大程度上取决于其结构,而电偶极矩和极化率则能间接地反映团簇的结构。本文对Bi和PbSn团簇的电偶极性作了较细致的研究,希望在解释近期实验结果的同时,通过对比实验和理论值来认识这些团簇的基态结构。主要的研究内容如下: 1.Bin(n=2-24,40,80)团簇电偶极性的研究 基于密度泛函理论的第一性原理和有限电场方法,系统地研究了Bin(n=2-24,40,80)团簇的电偶极矩和极化率。更多地关注了团簇结构对电偶极矩和极化率的影响。结果显示:与对称性有密切关系的电偶极矩存在于大多数的Bi团簇中,并且表现出较强的奇偶振荡行为。高对称性的团簇构型通常会导致电偶极矩的“淬灭”。Bi团簇的链状结构演化方式使其极化率持续增强,而团簇的电子壳层结构特征导致奇偶振荡行为的产生。这与已有的金属和半导体团簇的极化率演化特征明显不同。在此基础上,我们给出了一个简单模型,很好地解释了极化率和极化率各向异性的连续增加。这些理论结果有助于深入认识Bin(n=2-24,40,80)团簇的基态结构。 2. PbnSn(n=1~19)合金团簇的结构稳定性和电偶极性的研究 利用密度泛函理论对PbnSn(n=1~19)团簇的稳定性与电偶极性进行研究。研究发现:Sn原子的掺杂增强了Pbn团簇的稳定性,模拟得到的碎裂行为很好地解释了实验结果。PbnSn团簇在总原子数为14处,团簇的几何结构由密堆积构型向松散层状构型转变。PbnSn团簇的高对称性抑制其电偶极矩的产生,HOMO-LUMO能隙呈现出先增加后降低的趋势,在6原子时达到1.6eV,表现出显著的半导体性质,这说明PbnSn团簇的金属性或半导体性是尺寸依赖的。在团簇原子数小于14时,团簇的电偶极矩与能隙表现出相反的变化趋势(高能隙对应低电偶极矩),然而在14≤N≤19范围内,由于构型生长方式的转变,能隙与电偶极矩展现出相同的增长趋势。我们得到的极化率与实验值在部分尺寸相符合较好,但总体上与实验值还有一定的差别,这可能是实验中包含混合态或激发态的缘故。
【学位授予单位】:西南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O469

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【参考文献】
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【共引文献】
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