團(tuán)族結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法與在金屬團(tuán)簇優(yōu)化中的應(yīng)用.pdf

1、團(tuán)簇結(jié)構(gòu)優(yōu)化和生長(zhǎng)規(guī)律研究是團(tuán)簇科學(xué)關(guān)注的焦點(diǎn),也是計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域中重要的研究課題。高效的全局優(yōu)化算法對(duì)于搜索具有最低能量的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)具有重要意義。然而團(tuán)簇勢(shì)能面構(gòu)造復(fù)雜,巨大的搜索空間使得優(yōu)化困難。在本論文中,發(fā)展了一種高效的大尺寸單一原子類型團(tuán)簇結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法,運(yùn)用優(yōu)化算法考察了鋁團(tuán)簇穩(wěn)定結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及生長(zhǎng)規(guī)律并詳細(xì)分析了影響結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的因素,針對(duì)二元金屬團(tuán)簇結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題發(fā)展了一種高效的優(yōu)化算法并成功用于Cu-Au、Ag-Au團(tuán)簇結(jié)構(gòu)優(yōu)化。本研

2、究主要內(nèi)容包括：
　　 ⑴基于大尺寸單一原子類型團(tuán)簇結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提出了旋轉(zhuǎn)操作(RotationOperation,RO)實(shí)現(xiàn)了十面體構(gòu)型到二十面體構(gòu)型的轉(zhuǎn)變。該操作圍繞著十面體結(jié)構(gòu)的五折疊軸將團(tuán)簇中心原子以下的部分轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度得到了類似于二十面體結(jié)構(gòu)。聯(lián)合旋轉(zhuǎn)操作與基于內(nèi)核構(gòu)建的動(dòng)態(tài)格點(diǎn)搜索(DLSc)算法提出了一種改進(jìn)算法,稱為DLSc-RO算法。使用DLSc-RO優(yōu)化了大尺寸Lennard-Jones(LJ)團(tuán)簇、Morse團(tuán)

3、簇、Gupta勢(shì)函數(shù)銀團(tuán)簇、NP-B函數(shù)鋁團(tuán)簇結(jié)構(gòu),結(jié)果表明DLSc-RO算法可以優(yōu)化得到全局最穩(wěn)定結(jié)構(gòu),并且效率很高。同時(shí),由于優(yōu)化結(jié)果不受內(nèi)核類型的影響,該方法克服了DLSc算法優(yōu)化大尺寸團(tuán)簇結(jié)構(gòu)時(shí)有偏的缺點(diǎn)。
　　 ⑵研究了AlN(N≤310)團(tuán)簇結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)規(guī)律。采用NP-B勢(shì)函數(shù)描述鋁團(tuán)簇原子間相互作用。使用動(dòng)態(tài)格點(diǎn)搜索(DLS)算法和基于內(nèi)核構(gòu)建的動(dòng)態(tài)格點(diǎn)搜索(DLSc)算法,預(yù)測(cè)了Al2-310團(tuán)簇最優(yōu)結(jié)構(gòu)。與文獻(xiàn)報(bào)道

4、的Al2-65團(tuán)簇結(jié)構(gòu)相比,本工作優(yōu)化得到能量更低的Al63和Al64團(tuán)簇結(jié)構(gòu)。結(jié)果還顯示在Al63-310團(tuán)簇中,除Al64、Al72、Al74、Al76和Al101處的十面體結(jié)構(gòu),Al91、Al99、Al129和Al135處有堆積缺陷的面心立方結(jié)構(gòu),Al147處的二十面體結(jié)構(gòu)之外,其它均被識(shí)別為截角八面體(TO)結(jié)構(gòu)。其中,Al38、Al79、Al116、Al140、Al201與Al260團(tuán)簇采取完整截角八面體結(jié)構(gòu),并且這些TO結(jié)構(gòu)

5、呈現(xiàn)出基于完整TO的生長(zhǎng)規(guī)律。
　　 ⑶分析了大尺寸鋁團(tuán)簇中截角八面體結(jié)構(gòu)表面原子分布規(guī)律。使用基于內(nèi)核構(gòu)建的動(dòng)態(tài)格點(diǎn)搜索(DLSc)算法預(yù)測(cè)了Al270-500團(tuán)簇最優(yōu)結(jié)構(gòu),結(jié)果顯示團(tuán)簇最優(yōu)結(jié)構(gòu)類型均為截角八面體(TO),其中Al314和 Al405團(tuán)簇?fù)碛型暾亟前嗣骟w構(gòu)型,且其它團(tuán)簇呈現(xiàn)出基于Al260、Al314和Al405團(tuán)簇(100)和(111)表面的生長(zhǎng)規(guī)律。為了詳細(xì)分析表面生長(zhǎng)規(guī)律,設(shè)計(jì)了基于Al260和Al40

6、5表面生長(zhǎng)的理想模型。此外,還分析了影響團(tuán)簇表面原子分布的各種因素。
　　 ⑷改進(jìn)了自適應(yīng)免疫優(yōu)化算法(adaptive immune optimization algorithm,AIOA)并應(yīng)用于Cu-Au和Ag-Au團(tuán)簇結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。使用Gupta勢(shì)函數(shù)來(lái)描述二元金屬團(tuán)簇原子間相互作用。由于與單一原子類型團(tuán)簇相比,二元團(tuán)簇中存在homotop同分異構(gòu)體,因此在改進(jìn)方法中使用了原子交換操作。結(jié)果顯示成功優(yōu)化得到了CunAu3