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随着现代实验技术的发展,越来越多的纳米簇被成功研制出来,但无法从实验上获得这些团簇的几何和电子结构的全面微观信息,因此理论研究成为获得团簇结构信息最有效的途径,尤其是基于密度泛函理论的计算,可以对中等尺寸的体系得到精确度相当高的计算结果。因此,本文基于第一性原理,利用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)方法,对NiSi<,n>(n=1~13)团簇和Y<,n>Al(n=1~14)团簇的稳定结构,相对稳定性,能隙,电荷转移以及磁性进行了系统的研究。
首先,利用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)系统研究了NiSi<,n>(n=1~13)团簇,在充分考虑自旋多重度的基础上讨论了这些团簇的生长行为,电子性质及其磁性,结果表明:NiSi<,n+1>的基态结构是在NiSi<,n>的基态结构上带帽一个Si原子而得到;掺杂Ni原子提高了硅团簇的稳定性;NiSi<,10>团簇的稳定性在所有团簇中是最高的;当n=1,2时,团簇的自旋总磁矩为2μ<,B>,当n≥3时,团簇的磁性消失,这可能与Ni原子内部较强的sp-d杂化以及Si原子内部的s-p杂化有关。
其次,我们选择Al原子作为杂质原子,利用密度泛函理论中的广义梯度近似(GGA)系统研究了Y<,n>Al(n=1~14)团簇的几何构型,稳定性,电子和磁性质。结果表明,除了Y<,9>Al团簇,Y<,n>Al团簇的最稳定构型总体上与Y<,n+1>的基态构型相一致。掺杂Al原子增强了钇团簇的稳定性。此外,所有不同尺寸的Y<,n>Al团簇中,Y<,12>Al的相对稳定性是最高的,很可能与它的高对称性构型有关。掺杂Al原子后,绝大多数钇团簇的平均磁矩有所降低,尤其是Y<,13>掺杂Al原子后,其磁矩完全淬灭,这一现象跟4d巡游电子的自旋交换作用消失有关。最后讨论了Y<,n>Al团簇的前线轨道性质。