硅與鋅混合團(tuán)簇幾何構(gòu)型及電子結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、團(tuán)簇的微觀結(jié)構(gòu)特點和奇異的物理化學(xué)性質(zhì)為新材料的制備和發(fā)展開辟了一條途徑，團(tuán)簇納米材料的各種性質(zhì)不僅與團(tuán)簇的尺寸有關(guān)，還與團(tuán)簇的原子構(gòu)型和電子結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此理論與實驗上都在使用各種方法對團(tuán)簇的穩(wěn)定構(gòu)型和電子結(jié)構(gòu)等微觀機(jī)制進(jìn)行探索。硅是重要的半導(dǎo)體材料，研究發(fā)現(xiàn)，純硅團(tuán)簇的穩(wěn)定性較差，而在其中摻入金屬原子可以提高硅團(tuán)簇的穩(wěn)定性，并且可以改善其性質(zhì)，得到新的功能材料，所以，對金屬摻雜硅半導(dǎo)體混合團(tuán)簇的研究具有十分重要的科學(xué)意義和實際應(yīng)用價值

2、。本文運(yùn)用密度泛函方法對鋅摻雜的硅基混合團(tuán)簇進(jìn)行了系統(tǒng)的理論研究，討論了ZnSi<,n>(n=1-6)團(tuán)簇的幾何穩(wěn)定性與電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)。 本文第一章介紹了團(tuán)簇、硅及其混合團(tuán)簇的研究現(xiàn)狀，第二章對理論計算的量子力學(xué)理論基礎(chǔ)做了簡要介紹，討論了團(tuán)簇研究領(lǐng)域的新進(jìn)展及有關(guān)團(tuán)簇材料設(shè)計的量子化學(xué)計算方法。 第三章運(yùn)用雜化密度泛函理論系統(tǒng)研究了ZnSi<,n>(n=1-6)團(tuán)簇體系的幾何結(jié)構(gòu)和電子特性，在(U)B3IYP/LanL2

3、DZ水平上對ZnSin(n=1-6)團(tuán)簇的各種幾何構(gòu)型進(jìn)行了優(yōu)化計算，確定了ZnSi<,n>(n=1-6)團(tuán)簇的基態(tài)幾何構(gòu)型，并在此基礎(chǔ)上討論了相對最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的分裂能、自然布居、自然電子構(gòu)型、Mulliken原子凈布局及重疊布局、HOMO-LUMO能隙等。結(jié)果表明，ZnSi<,n>(n=1-6)團(tuán)簇中分裂能D(n,n-1)中最大的是D(3,2)，在自旋S=1/2的ZnSi<,3>團(tuán)簇是ZnSi<,n>(n=1-6)團(tuán)簇中最穩(wěn)定的構(gòu)型，這

4、一點與RnSi<,n>(n=1-6)團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)相似；自然布居分析表明主要是Zn原子失電子，Si原子得電子，并且電子主要從Zn原子的4s軌道和Si原子3s軌道上轉(zhuǎn)移到Si原子3p軌道上，ZnSi<,n>(n=1-6)團(tuán)簇中Si-Si之間相互作用比Zn-Si之間相互作用強(qiáng)：最后由HOMO-LUMO能隙分析，得到ZnSi<,3>團(tuán)簇的的化學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng)，所以ZnSi<,3>團(tuán)簇是ZnSi<,n>(n=1-6)團(tuán)簇中穩(wěn)定性最強(qiáng)的一個，而 ZnSi