若干半導(dǎo)體納米簇材料幾何結(jié)構(gòu)和相關(guān)性質(zhì)的理論研究.pdf

1、繼Kroto等于1985年在激光濺射石墨時(shí)發(fā)現(xiàn)了C<,60>富勒烯和日本的Iijima在1991年成功合成碳納米管之后，半導(dǎo)體納米團(tuán)簇成為團(tuán)簇科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，尤其以碳、硅、硼為基的半導(dǎo)體團(tuán)簇，在電子學(xué)、光學(xué)、光電子學(xué)、熱學(xué)以及生物學(xué)等方面表現(xiàn)出許多新奇的現(xiàn)象，為科學(xué)、工程和技術(shù)的發(fā)展提供了新的契機(jī)。 隨著現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的半導(dǎo)體納米簇被成功研制出來(lái)，但無(wú)法從實(shí)驗(yàn)上獲得這些團(tuán)簇的幾何和電子結(jié)構(gòu)的全面微觀(guān)信息，因此理

2、論研究成為獲得團(tuán)簇結(jié)構(gòu)信息最有效的途徑，尤其是基于密度泛函理論的計(jì)算，可以對(duì)中等尺寸的體系得到精確度相當(dāng)高的計(jì)算結(jié)果。目前，團(tuán)簇的理論研究，一方面是針對(duì)小的團(tuán)簇開(kāi)展基礎(chǔ)性的研究，探索隨著團(tuán)簇尺寸的增大，團(tuán)簇如何從結(jié)構(gòu)和特性上向體材結(jié)構(gòu)演化。另一方面，是對(duì)團(tuán)簇材料的研究，目的在于發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)特殊材料的特殊性質(zhì)，從而對(duì)功能材料進(jìn)行理論設(shè)計(jì)，推動(dòng)納米團(tuán)簇材料的發(fā)展。 基于以上兩點(diǎn)，本文利用密度泛函理論方法，對(duì)一系列碳、硅、硼為基的混合半

3、導(dǎo)體團(tuán)簇，按照“由小到大逐級(jí)生長(zhǎng)”的方法，從理論上設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)了它們的幾何和電子結(jié)構(gòu)，尋找了這些團(tuán)簇的基本結(jié)構(gòu)單元、成鍵規(guī)則和生長(zhǎng)機(jī)制。同時(shí)，對(duì)于B和AJ原子摻雜的碳納米管團(tuán)簇材料，在原子和分子水平上研究了它們對(duì)若干氣體小分子的氣敏性能，探討了有關(guān)的微觀(guān)作用機(jī)理，獲得了控制其氣敏性的關(guān)鍵因素，為相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究提供了一定的理論指導(dǎo)。 本文得到的主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)果如下： 一、預(yù)測(cè)了碳硅富勒烯存在的可能性，并提出了通過(guò)在硅結(jié)構(gòu)中均勻

4、摻雜碳原子來(lái)穩(wěn)定硅籠的新方法。 二、較為深入地研究了三元硅氧硫中性團(tuán)簇，發(fā)現(xiàn)了比Krtiger報(bào)導(dǎo)的結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定的最低能量構(gòu)象，提出了這類(lèi)團(tuán)簇的增長(zhǎng)規(guī)則，并首次系統(tǒng)地探討了陰陽(yáng)離子簇的結(jié)構(gòu)增長(zhǎng)模式，發(fā)現(xiàn)用六元環(huán)和四元環(huán)作為基本建筑單元去構(gòu)建連接無(wú)機(jī)相和有機(jī)相的新的雜化納米材料或更大的簇是可能的。 三、首次提出了富硼硼碳簇材料B<,n>C(n=1-7)和B<,n>C<,2>(n=1-6)的基態(tài)結(jié)構(gòu)和增長(zhǎng)規(guī)則。通過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)