该文的主要目标在于从原子水平上获取碳团簇形成过程中的物理信息,包括团簇异构体谱(isomer spectrum)以及团簇形成的动力学机制.为此我们建立了一种新的寻找具有最稳定结构团簇及其异构体的理论方法,并针对碳原子小团簇进行了大规模的数值计算,获得了丰富的异构体信息,在此基础上,提出了包含结构信息的团簇能级图(E-chart);建立了两种分子动力学模型,模拟了碳原子小团簇形成的整个过程,包括从石墨的气化到气相碳原子在缓冲气体中的聚集成核,表明异构体在团簇的形成过程中"扮演"着不可忽视的角色,得到了与实验相符合的结论.该文所建立的寻找团簇异构体的理论模型,基于经典的郎之万阻尼方程.与已有的寻找最稳定结构团簇的方法(如遗传算法,蒙特卡罗方法等)比较,该模型所获得的异构体结构不依赖于初始所给定的原子构型,可以快速地获得具有最低势能结构的团簇及其邻近的异构体.应用该模型,我们计算了C45以下的异构体谱,并绘制了相应的E-chart,发现了这些团簇结构变化的规律:C3-C11只有单环(mono-cyclic)或者直线(line)结构;C12-C18主要为多环平面(sheet)结构;C19-C27主要为多环碗状(bowl)结构;C28及更大的团簇以笼状结构(cage)为主要特征.该文所建立的模拟团簇生长的分子动力学模型,包括一种简化的热库模型(简化模型)和另一种准实际的碰撞模型(实际模型).在前一个模型中,用虚拟热库取代了缓冲气体的作用;在第二个模型中,尽可能多地考虑了实际生长碳团簇的物理过程及条件.应用简化模型,发现在高温条件下石墨结构可转变为笼状团簇结构,该结论与2004年初Phy.Rev.Lett.杂志所报导的结果吻合.应用实际模型,发现碳团簇的形成并不总是沿着最低势能路径进行的,而且最后所达到的结构并非具有势能最小值.从这一论点出发,并结合我们所得到的E-chart,可以合理地解释在有关的实验中所观察到的一系列现象.该文所建立的理论方法及模型可被广泛应用于研究各种团簇形成的动力学.该文提出的关于团簇形成的路径问题值得进行深入探讨,因为人们似乎已经普遍接受这样的观点,即只有最低势能路径才是最可几的.