Ⅲ族金屬及Ga-,m-N-,n-團簇性質(zhì)的第一性原理研究.pdf

1、低維多原子體系如團簇、量子點、量子線、超薄膜等的電子結構和物理化學性質(zhì)與三維固體有顯著差別，而團簇的理論研究是理解這種低維效應的起點。s2p1的電子構型使得ⅢA族元素的小團簇表現(xiàn)出一些奇特的性質(zhì)，近年來一直是人們研究的熱點。
　　 本論文利用基于密度泛函理論的第一性原理方法對鋁團簇、鎵團簇、銦團簇進行了幾何結構的優(yōu)化、結合能的計算，分析了團簇成鍵特性和電子自旋極化的原因。另外本文還對N摻雜的GamNn(m=1-7,n=1,2)團

2、簇進行了結構計算和穩(wěn)定性的分析。主要計算結果如下：
　　 (1)Al2，Al4團簇基態(tài)都是自旋極化的三重態(tài)，Al6團簇有兩個能量幾乎相等的穩(wěn)定結構，單重態(tài)的八面體結構和三重態(tài)的三棱柱結構，Al8團簇基態(tài)為單重態(tài)的不規(guī)則體。Al3，Al5，Al7團簇都是二重態(tài)，沒有形成自旋極化的四重態(tài)，但是Al3團簇的二重態(tài)與四重態(tài)的能量相差比較小。
　　 (2)Ga2，Ga4團簇基態(tài)也都是自旋極化的三重態(tài)，且三重態(tài)比單重態(tài)能量低了許多。

3、Ga6團簇基態(tài)是對稱性為C2v的三棱柱結構，它雖然也是自旋極化的，但是其單重態(tài)和三重態(tài)能量相差很小，自旋極化能力很弱。Ga3，Ga5，Ga7團簇基態(tài)同樣也都是二重態(tài)，Ga7團簇基態(tài)有著最穩(wěn)定的殼層結構，其四重態(tài)能量比二重態(tài)能量高了1.04eV。
　　 (3)In2，In4，In6團簇基態(tài)都是自旋極化的三重態(tài)，其中In2，In4團簇自旋極化能力強，In6團簇的三重態(tài)能量比單重態(tài)能量低了0.1eV。與Al3，Ga3團簇不同的是，In

4、3團簇形成了自旋極化的四重態(tài)，雖然它的四重態(tài)能量比二重態(tài)只低了0.024eV。In7團簇同Al7、Ga7團簇一致，有穩(wěn)定的殼層結構。Ina團簇基態(tài)為非自旋極化的單重態(tài)。
　　 (4)三種團簇的對比發(fā)現(xiàn)，同尺寸團簇的自旋極化也存在著某種規(guī)律。對于含兩個原子的Ⅲ族金屬團簇隨著團簇鍵長增加，自旋極化能力越來越差；對于三原子和四原子團簇隨著原子序數(shù)的增加，自旋極化能力增強，經(jīng)驗證，Tl3團簇基態(tài)也是自旋極化的四重態(tài)。對于Aln，Gan，

5、Inn(n=5-8)團簇，Gan團簇自旋極化的能力最低。另外，我們發(fā)現(xiàn)，當n=3-8時，Ga團簇自旋極化能力隨著團簇尺寸增大而減小的程度要大于In團簇，In團簇比Ga團簇的自旋極化能力強。
　　 (5)對于GamN1團簇，N原子一般都位于團簇的中心位置，一般與周圍3，4個Ga原子配位。Ga3N1團簇有著最大的平均結合能，當m＞5時團簇的平均結合能趨于一致。對于GamN2團簇，在m＜5的情況下，兩個N原子通常以N-N聚體出現(xiàn)，形成

6、強的N-N鍵，團簇中Ga-N鍵的離子性弱。而當m≥5時，兩個N原子通常是分離的，N-N鍵斷裂而形成多的Ga-N鍵，且Ga-N鍵的離子性強。計算表明m＜5的團簇穩(wěn)定性比較差，N2聚體很容易從團簇中分離出來，m≥5的團簇比較穩(wěn)定。
　　 本文的計算結果，與已有的研究結果基本上是一致的，并且有的數(shù)據(jù)很好的與實驗數(shù)據(jù)吻合，說明我們的計算方案是可行的，同時，我們也得到了一些新的結果，盡管這些結果需要實驗和理論上的進一步驗證，但對我們進一步