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镱硅混合团簇的几何和电子结构性质以及光学性质的研究

作　者: 赵润宁
导　师: 白晋涛；任兆玉
学　校: 西北大学
专　业: 光学
关键词: YbSi_n团簇 相对论密度泛函理论 含时密度泛函理论 结构 稳定性 最高占据轨道与最低未占据轨道的能隙 吸收光谱
分类号: O561
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


利用广义梯度近似的相对论密度泛函方法系统地研究了稀土金属掺杂硅团簇YbSin、YbSin+和YbSin-（n=1-13）的几何及电子结构性质;同时,利用含时密度泛函理论研究了最稳定YbSin（n=2-13）团簇的光学性质。 对YbSin、YbSin+和YbSinn-（n=1-13）团簇的几何结构、稳定性、电子和成键性质进行了系统地研究,找出了YbSin（n=1-13）团簇的一系列稳定结构,并得到了相应最稳定结构的演变规律,并且将得到的结果与已有过渡金属掺杂硅团簇的结果作了详尽且全面地比较。除了YbSi8和YbSi10团簇外,YbSin（n=1-13）团簇的最稳定结构都仍然保持着低能态Sin+1团簇的结构框架。在最稳定YbSin（n=1-13）团簇结构中,Yb原子始终处于Sin框架的表面点位置,并且随着团簇尺寸的增加,Yb原子并没有要陷入Sin框架的趋势。YbSin团簇的Sin框架以及Yb原子总是趋向被吸附在整个团簇表面的结构是由相对较强Si-Si键的相互作用决定的。然而,与YbSin团簇相比较,在最稳定过渡金属掺杂硅团簇TMSin（n=1-13）的结构中,TM原子处于一个逐渐下沉的表面点位置,并且随着Si原子数目的增加,它逐步由一个凸起点位置、过渡到一个平缓点、然后再到凹陷点位置。另外,当n=1-8时,最稳定YbSin团簇的结构和相应某些最稳定TMSin团簇有相似的结构框架,而当n=9-13时,最稳定YbSin团簇的结构就完全地偏离了相应最稳定TMSin团簇的结构框架。因此,掺杂金属的种类决定金属掺杂硅团簇的增长模式。 与中性YbSin团簇相比,大多数YbSin+和YbSinn-（n=1-13）团簇都保持了相应中性YbSin团簇的结构框架,其中在YbSin+团簇中的3b+、4b+、4c+、5b+、5c+、6d+、8a+、9a+、10a+、13a+以及在YbSin-团簇中的3b-、5c-的结构畸变尤为严重（见第四章图一）。相对稳定性研究结果表明:YbSin和YbSinn+（n=2、5、8、10和13）团簇以及YbSin-（n=2、5、8、10和12）团簇的稳定性比相邻团簇的更强,且在质谱中显示很高的丰度。同时,中性和带电荷YbSin团簇的相对稳定性变化基本一致。根据HOMO-LUMO能隙可知:与纯硅团簇的HOMO-LUMO能隙相比较,YbSin、YbSin+和YbSin+团簇的普遍变窄,说明在Sin团簇中掺入一个稀土金属Yb原子并没

全文目录


摘要  3-8
目录  8-11
第一章 绪论  11-33
  §1.1 团簇的研究概况  11-13
    1.1.1 团簇简介  11-12
    1.1.2 团簇研究进展  12-13
  §1.2 纳米团簇的组装与新材料设计  13-14
  §1.3 过渡金属掺杂硅团簇的研究发展  14-26
    1.3.1 引言  14-15
    1.3.2 实验进展  15-16
    1.3.3 理论进展  16-24
    1.3.4 小结  24-26
  §1.4 本论文的工作和创新  26-28
  参考文献  28-33
第二章 理论基础和计算方法  33-57
  §2.1 密度泛函理论(DFT)  33-47
    2.1.1 密度泛函理论发展介绍  33-34
    2.1.2 Thomas-Fermi模型  34-37
    2.1.3 Hohenberg-Kohn定理  37-39
    2.1.4 精确的密度泛函理论  39-41
    2.1.5 局域自旋密度近似  41-42
    2.1.6 广义梯度近似  42-44
    2.1.7 相对论效应  44-47
  §2.2 含时密度泛函理论(TDDFT)  47-51
    2.2.1 Runge-Gioss定理  48-49
    2.2.2 TD优化有效势(TDOEP)  49-50
    2.2.3 用TDDFT计算激发态能量  50-51
  §2.3 ADF程序与本论文计算  51-53
  参考文献  53-57
第三章 YbSi_n(n=1-13)团簇的几何及电子结构性质相对论密度泛函研究  57-87
  §3.1 引言  57-59
  §3.2 计算细节  59-65
    3.2.1 相对论效应  59-60
    3.2.2 计算方法  60-65
  §3.3 结果和讨论  65-82
    3.3.1 几何结构和稳定性  66-77
    3.3.2 结构演化和布居分析  77-80
    3.3.3 平均束缚能与分裂能  80-82
    3.3.4 HOMO-LUMO能隙  82
  §3.4 结论  82-84
  参考文献  84-87
第四章 YbSi_n~+和YbSi_n~-(n=1-13)团簇的几何及电子结构性质相对论密度泛函研究  87-115
  §4.1 引言  87-89
  §4.2 计算细节  89
  §4.3 结果与讨论  89-111
    4.3.1 几何结构和稳定性变化  89-102
    4.3.2 束缚能和分裂能  102-106
    4.3.3 布居分析  106-107
    4.3.4 绝热电离势、垂直电离势、绝热电子亲和能与垂直电子亲和能  107-110
    4.3.5 HOMO-LUMO能隙  110-111
  §4.4 结论  111-112
  参考文献  112-115
第五章 YbSi_n(n=2-13)团簇的激发态含时密度泛函研究  115-143
  §5.1 引言  115-116
  §5.2 计算细节  116-119
    5.2.1 基态的计算  116
    5.2.2 激发态的计算  116-119
  §5.3 结果和讨论  119-124
    5.3.1 基态几何和电子结构分析  119-122
    5.3.2 激发态和光谱  122-124
  §5.4 结论  124-140
  参考文献  140-143
第六章 结论与展望  143-146
发表与待发表论文  146-147
致谢  147

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 分子物理学、原子物理学 > 分子物理学
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