贵金属和碱金属掺杂Au_(20)团簇的非线性光学性质的研究

【摘要】非线性光学材料是近年来发展起来的新型材料,从技术到研究领域都有应用。而发现和设计性能优越的非线性光学材料成为非线性光学领域所关注的焦点。金团簇由于在非线性光学方面有着优异的特性,在光学器件和电子设备等方面有着很广泛的应用前景。人们对金团簇进行了包括电子结构、吸附和光学性质等方面的理论和实验上的研究。本文设计了以贵金属Ag,Cu和碱金属原子掺杂Au20团簇以进一步提高其非线性光学性能,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了掺杂后的结构、电子结构以及二阶非线性光学性质,并与纯Au20团簇的相关性质做比较,讨论了掺杂对Au20团簇的各项性质的影响。按照掺杂的位置的不同设计了两种掺杂模式,分别为顶点位置掺杂模式和四面体位置掺杂模式。文章从掺杂位置和掺杂原子的种类等方面讨论了掺杂原子对团簇非线性光学性质的影响。总体来说,本论文的主要工作以及得出的结论包括：(1)一种掺杂原子两种掺杂方式对非线性光学性能的影响。贵金属和碱金属分别在两种掺杂模式下取代正四面体型Au20团簇的不同位置的金原子,在PBEPBE/LanL2DZ水平优化得到掺杂团簇的基态几何结构,然后计算所有得到的团簇的平均结合能和能隙,Mulliken电荷。其后使用五种不同的方法测试不同的密度泛函方法对团簇的光学性质的影响,最终确定在PBEPBE/LanL2DZ,CAM-B3LYP/LanL2DZ水平上计算团簇的一阶超极化率。结果显示掺杂对于团簇的几何结构有影响。顶点位掺杂团簇的结构型变量很小,而四面位掺杂团簇的结构相对形变较大,特别是随着掺杂原子数目的提高,尤其是对于双原子和三原子掺杂更为显著。由能隙和平均结合能的变化,我们认为铜掺杂的团簇稳定性相较于其他元素掺杂的结构要高一些。两种掺杂模式,即顶点位和四面体方式掺杂后相对于纯Au20的非线性响应都显著提高了。对于贵金属元素和碱金属元素掺杂而言,碱金属掺杂的合金团簇的一阶超极化率相对于纯金团簇有了极大的提升。Mulliken电荷分析显示,电荷由顶点和面心位置向边棱位置转移是对团簇的非线性响应的提高是有贡献的。考虑到结构稳定性和实验可行性,我们推荐顶点位掺杂模式。四面体位掺杂团簇的一阶超极化率在PBEPBE/LanL2DZ水平上计算得到的最大值可以达到β0=149257原子单位(atomicunit,a.u.),而顶点位置掺杂团簇在CAM-B3LYP/LanL2DZ水平上计算也得到了最大值β0=56289a.u.。另一方面,在正四面体Au20团簇顶点位置掺杂不同数目和类型的碱金属原子能够极大的提高团簇的非线性光学响应。(2)多种元素共掺杂方式对非线性光学性能的影响。根据以上工作,为了进一步优化掺杂四面体金团簇的非线性光学性质,选择两种不同的碱金属原子进行组合后替代Au20团簇的四个顶点,在PBEPBE/LanL2DZ水平上进行几何优化计算得到多掺杂团簇的基态几何结构。然后计算平均结合能、能隙、一阶超极化率等性质,并加以分析。碱金属原子的多掺杂对团簇的几何结构影响很小,但是提高了团簇的一阶超极化率。团簇中电荷从顶点位和面心位向边棱位转移,有大的电负性差异的多掺杂能有效提高团簇的基态偶极矩,这对提高团簇的非线性响应有贡献。
【作者】陈旭君；
【导师】徐灿；
【作者基本信息】兰州大学，光学，2014，硕士
【关键词】金的合金团簇；密度泛函理论；含时密度泛函计算；Mulliken电荷；非线性光学性质；

【参考文献】
[1]康建波.玉米油合成亚油酸乙酯试验研究[D].吉林大学,食品科学与工程,2013,硕士.
[2]罗凤章,米肇丰,王成山,方陈,李登武,刘莉.并网光伏发电工程的低碳综合效益分析模型[J].电力系统自动化,2014,17:163-169.
[3]欧阳冰.「ものだ」と“应该”の中日対照研究[D].西安外国语大学,日语语言文学,2014,硕士.
[4]丁佰娟.TMPyP4-PDT对人宫颈癌hela、siha细胞的杀伤效应及对其c-myc、hTERC表达影响的研究[D].山东大学,妇产科学,2013,硕士.
[5]王正.渤海近岸浑浊水体GOCI影像神经网络大气校正研究[D].华中师范大学,地图学与地理信息系统,2013,硕士.
[6]董翠.犯罪结果若干基本问题研究[D].华东政法学院,刑法学,2003,硕士.
[7]刘瑞.基于图像统计特性的去雾算法研究[D].天津职业技术师范大学,应用数学,2012,硕士.
[8]于秋莉,董晓峰,刘春雨.西北五省区低碳经济发展水平分析[J].资源开发与市场,2014,04:434-437.
[9]方小明.基于FANUC数控系统的刀具补偿算法研究[D].浙江工业大学,2012.
[10]李垚飞.基于HMM抗噪语音识别方法的研究与改进[D].广东工业大学,测试计量技术及仪器,2014,硕士.
[11]江太宏.动力加载车车体设计分析与试验验证[D].西南交通大学,车辆工程,2012,硕士.
[12]汪刚.移动IPv6快速切换策略研究[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[13]王伟,罗军舟.改进的入侵检测系统分析引擎实现技术[J].计算机工程与应用,2003,07:149-152.
[14]张莉莉.统筹我国城乡医疗保险制度问题研究[D].山东财经大学,财政学,2012,硕士.
[15]詹宇波.中国股票市场“政策市”现象之研究——一个制度分析框架[D].苏州大学,金融学,2003,硕士.
[16]陈玉华.分数混合分数布朗运动：关于计算机网络流量模型的一些相关问题[D].华中科技大学,应用统计,2013,硕士.
[17]张琦.九华山庄消防工程项目进度计划与控制研究[D].吉林大学,工业工程,2013,硕士.
[18]魏振.基于GPU的SVM算法在入侵检测系统中的应用[D].吉林大学,网络与信息安全,2013,硕士.
[19]邢亚南.志贺直哉中期作品的女性形象[D].外交学院,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[20]张志毅.野战卫生装备效能评估模型研究[D].中国人民解放军军事医学科学院,情报学,2004,硕士.
[21]梅泽宇.基于人工蜂群算法的大坝安全监测[D].大连理工大学,水工结构工程,2013,硕士.
[22]侯剑平,李运鑫.高管激励与企业绩效内生性关系研究[J].西安工业大学学报,2015,03:235-242.
[23]赵云鹏.度量空间和TVS-锥度量空间中几类扩张映射的不动点定理[D].内蒙古大学,数学,2013,硕士.
[24]马贵中.我国国有企业管理层收购融资模式研究[D].天津财经学院,金融学,2004,硕士.
[25]钱媛.社保信息查询与分析系统的设计与实现[D].内蒙古大学,计算机技术,2014,硕士.
[26]王晓琳.基于计算机视觉的手势识别人机交互技术[D].浙江工业大学,2010.
[27]付林霄.两种钨铜复合粉末热压烧结及塑性变形性能研究[D].哈尔滨工业大学,材料加工工程,2013,硕士.
[28]李红瑞.元阳胜村梯田度假建筑方案设计[D].南京大学,建筑学（专业学位）,2013,硕士.
[29]方齐乐.典型碳质和矿质材料对高氯酸盐的吸附性能、构—效关系及分子机理[D].浙江大学,2014.
[30]白俊强,尹戈玲,孙智伟.基于二阶振荡及自然选择的随机权重混合粒子群算法[J].控制与决策,2012,10:1459-1464+1470.
[31]乔超.考虑钢束锈蚀退化的高墩大跨连续刚构桥寿命周期内承载性能研究[D].长安大学,桥梁与隧道工程,2013,硕士.
[32]吕优伟.甘肃省13个野生早熟禾种质材料耐热性研究[D].甘肃农业大学,草业科学,2013,硕士.
[33]林淑周.农村居家养老服务体系构建研究综述[J].福州党校学报,2014,03:41-45.
[34]梁谋旺.异病同证探究脾气虚患者唾液微观指标的变化[D].广州中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2013,硕士.
[35]黄志斌1,郑滔2,李绍华3.资本折旧政策对投资影响的区域差异研究———以基础工业行业为例[J].审计与经济研究,2014,02:.
[36]唐珂.基于多层深度图的软阴影生成算法[D].山东大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[37]刘岩晶.申克音乐分析体系与传统音乐分析体系个案比较[D].东北师范大学,音乐学,2012,硕士.
[38]王光云.合肥高新区人力资源开发与管理[D].安徽大学,工商管理,2013,硕士.
[39]付叶宏.晋宋的山水赋研究[D].河北大学,中国古典文学,2003,硕士.
[40]王琳月.热疗系统中射频功率放大器和天线的设计[D].哈尔滨工业大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[41]马炎.亮氨酸补充改善高脂大鼠胰岛素抵抗及胰岛素信号通路的相关机制研究[D].华中科技大学,营养与食品卫生学,2013,硕士.
[42]金明生,蔡姚杰,郑孟翔,张鹤腾.刻面型水晶玻璃研抛工艺研究[J].机电工程,2013,09:1077-1081.
[43]黄勇,刘松斌,翟西华,赵明,赵一琳.LogidynD在平整机卷取控制中的应用[J].冶金自动化,2001,03:51-53.
[44]栾波涛.血管内超声对冠状动脉造影临界病变的特征[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[45]潘亮亮.蛛网膜颗粒结构特点及其脑脊液转运意义的形态学观察[D].河北医科大学,人体解剖与组织胚胎学,2013,硕士.
[46]陈蓉.电子商务生态链优化研究[D].华中师范大学,情报学,2013,硕士.
[47]张红艳.非英语专业博士生的语法隐喻研究[D].哈尔滨工业大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[48]张婷.公共服务的民营化研究[D].兰州大学,行政管理,2013,硕士.
[49]刘婷婷.初中语文综合性学习的比较研究[D].渤海大学,学科教学（专业学位）,2014,硕士.
[50]伍坚.外资并购上市公司法律问题研究[D].华东政法学院,经济法学,2003,硕士.