過渡金屬摻雜Sin團(tuán)簇的第一性原理研究.pdf

1、本文利用基于密度泛函理論的第一性原理的量子化學(xué)方法詳細(xì)研究了Tb原子和其它幾種過渡金屬原子(Y，Pd，La，Yb，Lu)與Sin團(tuán)簇的摻雜。主要討論了團(tuán)簇的幾何結(jié)構(gòu)、電子及磁學(xué)性質(zhì)。其主要內(nèi)容如下：
　　 一方面，從第一性原理出發(fā)，利用Dmol3軟件在廣義梯度近似下(GGA)，詳細(xì)研究了Sin(n=3-14)團(tuán)簇的生長模式及摻雜后TbSin團(tuán)簇的一些特性。結(jié)果表明：從n=4開始，Sin團(tuán)簇呈現(xiàn)三維立體(3D)結(jié)構(gòu)，并且隨著團(tuán)簇尺

2、寸的增大趨于形成密堆積結(jié)構(gòu)。通過對團(tuán)簇平均結(jié)合能、離解能及能隙(HOMO-LOMO)的計算和分析，表明Tb原子摻雜Sin后極大地增強了Sin團(tuán)簇的穩(wěn)定性。由Mulliken電荷分析發(fā)現(xiàn)，對于TbSin團(tuán)簇來說電荷總是由Tb原子向各個Si原子轉(zhuǎn)移。另外，我們還分析了Tb原子摻雜Sin前后團(tuán)簇的磁矩變化，發(fā)現(xiàn)金屬原子摻雜后Sin團(tuán)簇的磁性有了顯著的增大，并且這些磁矩局域在Tb原子的周圍，主要由f軌道電子貢獻(xiàn)，表明f軌道電子表現(xiàn)出很大的局域性

3、且不參與化學(xué)成鍵。以TbSi10團(tuán)簇為例的分波態(tài)密度分析表明Tb原子與Si原子之間存在較強的sp軌道雜化。穩(wěn)定的TbSin團(tuán)簇在半導(dǎo)體磁性材料方面會有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 另一方面，我們還選擇了其它幾種具有不同價電子組態(tài)的金屬原子(Y，Pd， La，Yb，Lu)作為摻雜原子，在Dmol3軟件包下利用密度泛函理論中的廣義梯度近似(GGA)方法，研究了TMSin(TM=Y，Pd，La，Yb，Lu)團(tuán)簇的基態(tài)結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。通過具體

4、的計算和討論發(fā)現(xiàn)：在n≤10時，所有摻雜的金屬原子都位于Si原子的外部，具體位置也不盡相同。從n=11開始，隨著團(tuán)簇尺寸的增大，金屬原子逐漸陷入Sin團(tuán)簇的內(nèi)框架之中，逐漸形成趨于籠形的結(jié)構(gòu)。尤其是金屬原子Pd，在n=11時就較早的陷入了Sin團(tuán)簇的中心，形成籠狀的基態(tài)結(jié)構(gòu)。在n=16時，我們所研究的所有金屬原子都完全陷入了Sin團(tuán)簇的二十面體的中心。此外，我們還對團(tuán)簇的磁性進(jìn)行了計算，結(jié)果顯示：TMSin團(tuán)簇的磁性很小，并且從n=6開