過渡金屬原子摻雜SinCn(n=7-10)籠狀團(tuán)簇的第一性原理研究.pdf

1、原子團(tuán)簇作為新型納米結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)材料,因其可以通過改變形狀、大小和組分來控制電子性質(zhì)而吸引著大量研究者。摻雜過渡金屬是實(shí)現(xiàn)調(diào)控團(tuán)簇性質(zhì)的有效途徑。本論文用基于密度泛函理論第一性原理對(duì)3d、4d和5d過渡金屬原子摻雜碳化硅SinCn(n=7-10)團(tuán)簇的幾何結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、電子性質(zhì)和磁性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　 在幾何結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性方面,過渡金屬原子與碳化硅SinCn(n=7-10)籠結(jié)構(gòu)結(jié)合主要形成了碗狀、籃狀、封閉籠狀及表面摻雜結(jié)構(gòu)

2、。其中大部分過渡金屬原子可以包裹在籠結(jié)構(gòu)中。至于具體生成結(jié)構(gòu)的類型取決于過渡金屬原子的種類和SinCn籠的大小。我們計(jì)算了平均結(jié)合能(Binding Energy)、嵌入能(Embedding energy)和平均鍵長等參數(shù)來研究這些團(tuán)簇的穩(wěn)定性能?？偟膩碚f,摻雜3d、4d和5d過渡金屬原子加強(qiáng)了SinCn(n=7-10)團(tuán)簇的穩(wěn)定性。并且過渡金屬原子摻雜的嵌入能隨著3d、4d和5d周期不斷增大。在對(duì)比各尺寸團(tuán)簇的嵌入能后,我們發(fā)現(xiàn)Si

3、8C8是包裹大部分3d、4d和5d過渡金屬原子的理想結(jié)構(gòu)。
　　 在團(tuán)簇的電子結(jié)構(gòu)和磁性方面,我們著重討論了TM@Si8C8團(tuán)簇的最高占據(jù)軌道和最低未占據(jù)軌道的能量間隙(HOMO-LUMO Gap)、馬利肯集居數(shù)分析(Mulliken PopulationAnalysis)和態(tài)密度(DOS)。研究發(fā)現(xiàn)HOMO-LUMO能隙在同一周期隨著過渡金屬原子的變化具有奇偶震蕩的性質(zhì)。通過馬利肯集居數(shù)分析可知TM@Si8C8團(tuán)簇的電荷是從S

4、i和C原子轉(zhuǎn)移到TM原子的。態(tài)密度和團(tuán)簇分子軌道的分析顯示在費(fèi)米能附近的電子態(tài)主要是Si的3s和3p,C原子的2s和2p,以及TM原子3d(4d、5d)軌道。TM原子和Si8C8團(tuán)簇的相互作用可以認(rèn)為是sp-d雜化。馬利肯集居數(shù)分析還提供了TM@Si8C8團(tuán)簇的磁性情況,在同一周期內(nèi),TM@Si8C8團(tuán)簇的總磁矩隨著3d、4d或5d原子變化形式為0和1μB之間的交替振蕩。總磁矩主要由Si原子的3s和3p軌道貢獻(xiàn),其次是C原子的2p軌道,