30033.合金團(tuán)簇co13xmnx(x=112)和內(nèi)包金屬二聚體的si20穩(wěn)定性的dft研究

1、中圖分類號(hào)：0469UDC：530密級(jí)：學(xué)校代碼：訝4￡解為丈孥碩士學(xué)位論文(學(xué)歷碩士)公開(kāi)10094合金團(tuán)簇C013xMnx(x=112)和內(nèi)包金屬二聚體的Si20穩(wěn)定性的DFT研究COl3xMnx(x=l一12)bimetallicclustersandEndohedralSi20fullerenelikecage：ADFTInvestigation作者姓名：龐珊指導(dǎo)教師：謝尊教授學(xué)科專業(yè)名稱：凝聚態(tài)物理研究方向：材料模擬與設(shè)計(jì)論文

2、開(kāi)題日期：2012年9月3日摘要在過(guò)去的三十年來(lái)，人們對(duì)于團(tuán)簇結(jié)構(gòu)和特性有著廣泛的興趣，是由丁二其具有不同于塊體材料的獨(dú)特物理化學(xué)性質(zhì)。磁性過(guò)渡金屬團(tuán)簇在諸多領(lǐng)域具有著潛在的應(yīng)用價(jià)值，像是高密度磁刻錄、催化、光學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。Co、Mn元素作為3d過(guò)渡金屬的代表。其二元合金團(tuán)簇的磁特性備受關(guān)注。此外，隨著碳富勒烯奇異結(jié)構(gòu)和性能認(rèn)識(shí)的深入，人們對(duì)類富勒烯硅籠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也產(chǎn)生了極大興趣。由于硅硅鍵sp2雜化的缺失，純硅的籠狀結(jié)構(gòu)并不

3、穩(wěn)定；研究表明通過(guò)內(nèi)包中心原子，硅的籠狀結(jié)構(gòu)的應(yīng)用可以甚至超過(guò)碳富勒烯。本文基于密度泛函理論(OFT)，采用廣義梯度近似(GGA)下的PBE交換關(guān)聯(lián)泛函，對(duì)十三個(gè)原子的合金鈷錳團(tuán)簇Col3。Mn；(x=112)進(jìn)行了磅究，系統(tǒng)的計(jì)算了團(tuán)簇幾何結(jié)構(gòu)的演化、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)和磁特性；在DFTGGA／PBE水平上計(jì)算了3d過(guò)渡金屬(TM)聚體TM2對(duì)最小的類富勒烯TM2@Si20的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，討論了TM2在穩(wěn)定硅富勒烯結(jié)構(gòu)中所起的作用。

4、論文得到的結(jié)論如下：在C013Mn。(X_112，X代表?yè)诫sMn原子的個(gè)數(shù))團(tuán)簇的基態(tài)結(jié)構(gòu)中，團(tuán)簇傾向于以高對(duì)稱的20面體的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)穩(wěn)居?；旌蠄F(tuán)簇中Co原子偏好成為表面原子，除了當(dāng)Mn原子個(gè)數(shù)為4、6、8的這三個(gè)團(tuán)簇為體心鉆原子，Mn原子則一般偏好占據(jù)中心位置。團(tuán)簇中隨著Mn原子個(gè)數(shù)的增加，團(tuán)簇的結(jié)合能逐漸降低。團(tuán)簇的二階能量差分在x=3、5、8時(shí)為峰值，表明C010Mm、CosMn5、C05Mn8三個(gè)團(tuán)簇為幻數(shù)團(tuán)簇，其中CosMn8團(tuán)

5、簇的化學(xué)性質(zhì)最為穩(wěn)定，在形成摻雜團(tuán)簇過(guò)程中，Co原子比Mn原子更容易得到電子，電子的主要施主原子是位于團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的中心位置，配位數(shù)對(duì)得失電子的影響較大。合金C013。Mn。團(tuán)簇的總磁矩在x≤3時(shí)呈單調(diào)遞增趨勢(shì)，在x≥9時(shí)，團(tuán)簇的總磁矩逐漸減小。而在3x9區(qū)間內(nèi)，Col3。Mnx團(tuán)簇總磁矩呈現(xiàn)出明顯的奇偶震蕩行為，在此區(qū)間，摻雜Mn原子的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)的總磁矩要大于相鄰Mn原子個(gè)數(shù)為奇數(shù)的Mn總磁矩。當(dāng)x=8時(shí)，摻雜團(tuán)簇的HOMOLUMO能隙

6、為最大值，團(tuán)簇的總磁矩也是最大的。由此我們推斷，CosMns團(tuán)簇為構(gòu)建良好的磁性材料奠定了基礎(chǔ)。摻雜3d過(guò)渡金屬雙原予以后的TMz@Si20(TM=Sc，Ti，VCrMn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Zn)l虱簇體系，除了Fe元素的雙原子有一個(gè)探出籠外，其他元素的的摻雜雙原子均位于籠子內(nèi)部。摻雜團(tuán)簇中，Ti2、V2、Coz和Ni2聚物摻雜硅籠子以后形成的團(tuán)簇具有較高的結(jié)合能，能夠保持較高的穩(wěn)定性。摻雜過(guò)渡金屬二聚物可以使整個(gè)硅籠子收縮，其中