基于CALYPSO方法的钛团簇Ti_n(n=2-25)研究

【摘要】团簇是由小至几个大到几千个原子、分子或离子通过物理和化学相互作用组成的相对稳定的微观或亚微观凝聚物。它广泛存在于自然界和人类的实践活动中，涉及到许多过程和现象，如催化、燃烧、晶体生长、成核、凝固、临界现象和相变等。作为物质结构的一个新的层次，团簇具有一系列既不同于单个原子或分子，又不同于宏观固体的奇异的物理化学性质，并且这些性质随着所含的原子数目而发生变化。对团簇的形成机制、团簇的结构和性质等的研究不仅可以促进物理学、化学和材料学科的发展，而且还可以为合成和发展具有特殊功能的新材料开辟新途径。众所周知，团簇奇异的物理化学性质与其微观结构有着紧密的联系。因此，确定团簇的结构并研究结构随原子数的变化规律一直是团簇研究领域的热点问题。目前，仅通过实验测量来确定团簇的几何结构仍然存在着诸多困难和挑战。此时，有必要通过理论模拟来确定或预测团簇的结构。理论结构预测不但可以辅助实验测量来确定团簇结构，而且可以先于实验预测出具有奇异物理和化学性质的新团簇，对实验合成具有指导意义。钛是一种质量较轻的过渡金属元素，其体材料化学稳定性好，并且具有耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱、以及高强度和低密度的特点，被人们誉为“太空金属”，在工业上有重要的应用。由钛元素形成团簇不仅具有催化性质，而且会呈现出体材料中所不具备的磁性，具有潜在应用价值。确定钛团簇的结构、探索其结构演化规律与物理化学性质之间的联系不仅可以为全面的理解过渡金属团簇提供重要的知识储备，而且对其实际应用具有指导意义。本文采用课题组自主发展的卡里普索结构预测方法结合第一性原理模拟对钛团簇Tin(n=2-25)的结构和性质进行了系统的研究，提出了25个粒子数以内的钛团簇的基态结构，发现在Ti16以后逐渐形成了表面由五角或六角锥覆盖的核壳结构，而二十面体结构并不能稳定存在。聚合能的计算表明Ti7、Ti13、Ti15稳定性明显高于相邻粒子数的团簇，是可能的幻数结构，这与之前实验质量谱的测量吻合较好。同时我们还提出Ti9、Ti17、Ti20也是可能的幻数结构。通过对电子性质的计算，我们发现随着粒子数的增加钛团簇的磁性整体呈降低趋势，在Ti18以后磁性消失。
【作者】石景明；
【导师】马琰铭；吕键；
【作者基本信息】吉林大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】结构预测；团簇结构；磁性；粒子群优化算法；钛团簇；

【参考文献】
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