关键词：
铝团簇
3d杂质原子
稳定结构
磁矩
氮化碳团簇
锯齿型
摘要：
阿姆斯特丹密度泛函(Amsterdam Density Functional,简称ADF)方法是国际公认的一种高效的计算方法,它基于密度泛函理论的第一性原理分析,采用线性标度和并行技术,非常适合团簇领域的计算及研究。本文通过ADF软件,分别对纯铝Aln(n=2-12)掺3d过渡金属杂质后的混合团簇及非金属C11-nNn(n=4-11)团簇进行了系统的研究。
首先,我们详细地研究了MAln (M=Cr,Mn, Fe, Co, Ni; n=2-12团簇中3d过渡金属杂质对原有纯铝团簇结构、稳定性以及磁性的影响,得到了一些新的结果,具体体现在：
(1)杂质原子(Cr,Mn,Fe, Co, Ni)的掺入使团簇结构发生不同程度的畸变；同时,具有相同原子数的异构体的能量排序也发生了改变。对于Aln+1和MAln(M=Cr, Mn, Fe, Co, Ni; n=2-12)团簇,当n<5时,纯铝团簇为平面结构,但掺杂后,只有MAl2是平面的,其余掺杂团簇都是三维结构。
(2)研究表明7个原子的纯铝团簇的稳定性较好。掺杂后,含有6或7个A1原子的混合CrAl6, MnAl6和CoAl7, NiAl7团簇也表现出较高的稳定性。另外,个别团簇具有很高的稳定性,如FeAl4团簇,这与它们的闭电子壳层结构有关。
(3)3d过渡金属原子的掺入改变了原有团簇的磁矩。对于CrAln和MnAln(n=2-12)团簇,除CrAl5具有1μ。的正常磁矩外,其余团簇均具有2μB～5μB的异常磁矩,表现出较强的磁性。在FeAln和CoAln (n=2-12)团簇中,一半数目的团簇具有2μB～4μB的异常磁矩,显现出磁性。对于NiAln (n=2-12)团簇,只有NiAl4、NiAl6和NiAl12三个团簇具有相同的2μB的磁矩,其余团簇我们没有发现异常磁矩。分析表明这些团簇异常磁矩的产生归因于3d原子掺杂的影响以及强烈的sp-d轨道杂化作用。
其次,我们计算了CuAln和ZnAln (n=2-12)中性团簇和离子团簇的结合能,研究了非磁性杂质Cu、Zn的掺入对纯铝团簇基态结构以及磁性的影响。研究表明：
(1)所有掺杂团簇的中性基态结构都可以通过替换的方式得到,但掺杂会发生结构畸变,导致对称性下降。但我们也发现了一个例外,CuAl12中性团簇具有Ih对称性,反而比我们计算的A113的D3d对称性要高。
(2) CuAl3和ZnAl2团簇具有2μB的磁矩,CuAl12和ZnAl3团簇具有3μB的磁矩,这四个团簇均是磁性团簇,说明非磁性杂质原子掺入到非磁性团簇中也可能使团簇表现出磁性。
最后,我们对非金属C.N.(m,n=1-10,4≤m+n≤11)团簇的电子结构、成键特性以及团簇的稳定性进行了详细的研究。发现纯氮团簇均为锯齿型的线状结构,C原子的掺入使原有位置的锯齿结构被拉直,这一现象是由于N-N间形成两个σ键和一个π键,而C与相邻原子均形成π键导致的。此外,CmN。团簇的稳定性取决于团簇中N原子的个数,且表现出奇偶特性,无论掺杂团簇以何种比例混合,含有4个N原子的奇数个原子的团簇或含有2个N原子的偶数个原子的团簇均具有较好的稳定性。
