第一性原理计算Mgn(n≤11)团簇的基态结构及稳定性

2024-07-28 作者:

第一性原理计算Mgn(n≤11)团簇的基态结构及稳定性

摘要:本文应用第一性原理平面波模守恒赝势方法研究了中性和一价阴离子(n=2～11)团簇的几何结构,稳定性和电子性质。结合能计算表明,中性团簇尺寸依赖的稳定性与电子壳层闭合和几何结构“闭合”密切相关。

关键词:镁团簇 第一性原理 几何结构

1 引言

近年来人们发现随着团簇尺寸的变化,团簇结合键的性质发生了变化。含原子数目少的金属团簇往往不具备金属的一些特性,随着原子数目的增加,金属性才逐步显示出来。

镁团簇非常适合于研究随原子数目增加团簇金属性发生变化这一性质。近年来许多文献用实验和理论模拟的方法对镁团簇进行了研究[1～5]。但是对小团簇的最稳定结构仍然存在许多争议。主要是因为,团簇对于光谱技术来说它显得太大;对于散射技术来说它又显得过小,因此目前还没有一种能直接观察在自由状态下小团簇结构的方法。

本文应用基于密度泛函理论的第一性原理方法对2～11个原子尺度的中性和负一价团簇的几何学结构及稳定性进行了研究。

2 计算方法

采用基于密度泛函理论的CASTEP软件包对各种初始结构进行充分的几何优化。用模守恒赝势描述电子-离子之间相互作用,用PBE形式的广义梯度近似计算交换关联能,用BFGS方法优化模型的几何结构。平面波截断能量为330eV;布里渊区积分在倒异空间Γ点。当最大的能量公差、应力公差、最大原子位移公差的值分别小于5.0×10-6eV/Aatom,0.01eV/A,5.0×10-4时认为计算收敛。计算温度为0K。

计算采用周期性边界条件,将一个原子团簇放入具有周期性的超晶胞内。超晶胞的晶格常数为20A,这样团簇与团簇之间的距离足够大以消除相邻团簇之间的电子云相互影响所带来的误差。

(注：1A=10-10m=0.1nm)。

3 结果和讨论

3.1 镁团簇的几何结构

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