Rh7M(M=3d,4d)和NimRhn(m+n≤8)团簇结构及电磁性质的理论研究

摘要

在材料科学领域中，纳米团簇一直是一个研究热点。团簇的微观结构特点和奇异的物理化学性质为基础科学的研究(即澄清物质从微观原子向宏观过渡的演化规律)和材料的技术应用提供了一个新视角，在化学催化，微电子学，生物技术，磁性材料等方面都具有广泛的应用。二元过渡金属合金团簇，其性质不仅受尺寸大小的影响而且与组分比例、原子排列等密切相关，一定程度上可以进行人工裁剪和设计。很多情况下，合金团簇会呈现出特别的协同效应，某些性质得以增强。因此，众多科研工作者都致力于寻求具有新功能的合金团簇聚合材料。本文基于第一性原理的密度泛函理论，对Rh7M(M=3d,4d)和NimRhn(m+n≤8)团簇的几何结构，稳定性机制和电磁性质进行了系统的理论研究，主要内容如下：
　　(1) Rh7M(M=3d,4d)团簇的几何结构，稳定性和电磁性质的理论研究
　　采用密度泛函理论下的广义梯度近似方法，对Rh7M(M=3d,4d)团簇的几何结构，稳定性和电磁性质进行了系统的研究。计算结果表明除了Rh7Cr以外，Rh7M(M=3d)团簇的最稳态的几何结构趋于同一构型：双盖帽的八面体结构。而Rh7M(M=4d)团簇的低能量态构型相比于Rh8团簇发生了不同程度的重构。Rh7M(M=Cr, Tc, Ru)团簇的最稳定结构是稍微扭曲的立方体构型。大多数情况下，掺杂团簇显示出更高的结合能，表明杂原子的引入可以增强团簇的稳定性。Rh7M(M=3d,4d)的带隙比纯团簇的要小，就化学反应活性而言，更活泼一些。Rh7M(M=3d,4d)团簇的总磁矩变化范围在3~13μB， Fe原子的掺杂使得团簇的磁矩增加得最多。这表明团簇的磁矩可以通过掺杂不同的元素来调控和裁剪，这将会使得它们在自旋电子学和磁性储存材料领域中有更好的应用。
　　(2) NimRhn(m+n≤8)团簇的几何结构，化学有序，电子结构与磁学性质的理论研究
　　采用密度泛函理论下的广义梯度近似方法，对小的二元合金团簇NimRhn(m+n≤8)的结构演化，化学有序，电子结构与磁学性质进行了系统的理论研究。在整个尺寸和组分范围内讨论了团簇的键长，平均结合能，二阶差分能，过剩能，HOMO-LUMO能隙，化学短程键序参数和磁性质。团簇基态结构趋于形成更多的Ni-Ni键和Ni-Rh键，Rh原
　　子倾向于分散占据，团簇的稳定性与原子成键的类型和数目有关。混合团簇的平均结合能随尺寸的增大和其中所含 Ni原子数目的增多而单调增加。过剩能和键序参数的计算表明，在所考虑的团簇中，Ni和 Rh是可以混合的或者合金化的。富 Rh的团簇 H-L能隙值相对较小，有较强的化学反应活性。在Ni团簇中掺入Rh提高了其d电子的能量水平。通过改变掺杂元素的比例，获得了不同化学活性的合金团簇。所有的优化的最稳定的结构中原子之间呈现铁磁性排序。在混合团簇中发现了磁协同效应，不仅Rh原子的局域磁矩增大了，Ni原子的局域磁矩也有所增强。这是由于几何效应和 Ni-Rh之间的杂化作用所致。

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2团簇的概念和研究的基本问题

1.3 团簇的基本性质

1.4 过渡金属团簇

1.5 过渡金属合金团簇

1.6 本文主要的研究内容

2 理论基础和计算方法

2.1 量子化学简介

2.2 密度泛函理论（DFT）

2.3 Dmol3简介

3 Rh7M(M=3d,4d)团簇的结构，稳定性和磁性质的理论研究

3.1引言

3.2 计算方法

3.3 结果与讨论

3.4 结论

4 NimRhn(m+n≤8)团簇的结构，稳定性，化学有序和电磁性质的理论研究

4.1 引言

4.2 计算方法

4.3 结果与讨论

4.4 结论

结论

参考文献

在学期间的研究成果

致谢