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铜团簇结构和能量的计算机模拟研究

潘小东  
【摘要】: 由于团簇具有特殊的几何结构和奇特的物理化学性质以及潜在的应用前景,引起人们的广泛关注。铜团簇作为金属性团簇在催化、纳米技术和大规模集成电路制造中有巨大的应用潜力。 本论文介绍了铜团簇研究进展和手段,综述了铜团簇计算机模拟的方法和几种经验和半经验势函数,使用蒙特卡洛模拟方法和嵌入原子势函数对铜团簇的基态结构和能量进行了系统的研究。论文主要内容为以下几个方面: 1.综述了目前铜团簇研究进展、计算模拟方法和一些常用的经验和半经验势函数。 2.使用遗传算法和嵌入原子势函数模拟Cu_n(n=13、55),与蒙特卡洛算法相比较。给出两种结构优化算法的结果,确定使用蒙特卡洛算法对铜团簇进行系统模拟。 3.使用蒙特卡洛方法和嵌入原子势函数模拟了Cu_n(n=2-200)的基态结构,研究铜团簇的几何结构、能量和稳定性与其原子数目的关系。系统的给出原子数目在2-200时铜团簇的结构和能量信息。发现在n<201时,铜团簇大多具有在正二十面体结构基础上通过添加或减少原子的稳定结构,即二十面体生长在Cu_n(n<201)中占主导地位。同时发现在n=112,119,130,141,164,177,178,179,188,191,194,195,199时团簇呈现出类十面体和面心立方结构,这说明在二十面体生长中伴随有类十面体和面心立方结构。当n=6、13、19、23、26、39、49、55、68、77、90、95、117、121、13l、142、153、173和189时,团簇的结构较稳定。 4.使用蒙特卡洛方法和嵌入原子势函数模拟Cu_n(n=55)+Ar体系的结构,模拟实验条件下铜团簇的形成。通过模拟结果可知,在缓冲气体条件下,铜团簇的结构与单独模拟铜团簇的结构相同,说明缓冲气体对铜团簇的结构并没有明显的影响。 5.使用蒙特卡洛方法和嵌入原子势函数计算了Cu561和Cu2500的结构和能量,探寻铜团簇的关节点。Cu561的生长趋势是在正二十面体的基础上生长,Cu2500的生长趋势仍然是在正二十面体的基础上生长。这说明在2500原子时仍没有达到铜团簇的临界尺寸。


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