镍原子团簇几何的紧束缚法模拟

镍原子团簇几何的紧束缚法模拟

一、镍原子团簇几何结构的紧束缚方法模拟(论文文献综述)

周营成[1](2020)在《基于群智能和机器学习的新型纳米团簇结构预测研究》文中研究指明结构是研究材料性质的必要途径,只有弄清了物质的结构才能够深入理解性质。现代科学中因为受到种种外界因素的影响仅仅通过实验手段直接确定物质的结构还存在有相当的挑战,那么必然造成研究效率的低下。通过计算机模拟、计算得到物质的结构不会受到环境因素的影响,可以为科学制备目标材料提供指导。近几十年来,许多的方法被提出并应用于结构预测当中,但是这些方法依然存在着一些缺陷。物质结构预测中主要的难点有两个:1.现有的优化算法在规模较大的体系的计算上效率和成功率都比较低;2.基于密度泛函理论的方法准确度很高但计算太过耗时。本文就这两大问题,以纳米团簇为研究对象作了十分深入的研究。本文的主要内容及成果有:基于粒子群优化算法,结合随机学习、竞争机制以及变异算子,提出了一种高效的、无偏的优化算法,针对团簇应用了基于点群对称性限制的初始解生成以及成键特征矩阵排除相似结构两种技术,开发了一个易用性高的团簇结构优化计算软件包。并对多种不同尺寸的、不同化学组分的纳米簇进行了详尽的结构优化计算,算法均体现出了良好的收敛性能。在基于密度泛函理论的计算中,该算法发现了Pt9、Pt11、Pt12、Pt15、Ag16以及Ag17的新的全局最优结构,证明了算法的预测能力。针对密度泛函理论计算非常耗时的问题,本文创新性的提出了全局优化结合机器学习模型加速的结构预测方法。在Au20团簇结构预测中,使用该机器学习加速的方法可以节省近3000小时的计算,大大提高了结构预测的效率。结果表明,该加速方法可以有效减少结构预测中所需的计算时间,让更大尺寸物质结构的预测成为可能,是物质结构预测方面的重大突破。

吴丽君,李美玲,迟宝倩,沈龙海,张林[2](2020)在《SixGey(n=x+y,n=2~5)团簇成键条件与解离行为的密度泛函紧束缚方法研究》文中研究表明采用基于密度泛函理论的紧束缚方法和遗传算法相结合的方法对SixGey(x+y=n,n=2~5)二元团簇的低能稳定结构进行了全局搜索,分析了包含不同原子数目、不同组分团簇的几何构型、原子间交叠电子布居数及可能发生的解离行为.研究表明,包含2~5原子团簇的Si-Si、Ge-Ge和Si-Ge键的成键距离分别为2.18?~3.10?、2.32?~3.64?和2.32?~3.38?;二元团簇的原子数目、组分对原子间键长、键角及Si/Ge原子在团簇中的占位、原子间相互作用有明显影响.通过团簇中各原子的Mülliken总交叠电子布居数分析,发现多数团簇中单独的Ge原子最容易被解离出来,随着团簇包含原子数目增多,出现了多种存在竞争机制的解离方式,可能同时存在解离出Si1Ge1、Si2Ge1和Ge原子的情况.

吴迪[3](2019)在《硅、锗、锡团簇的结构和电子性质的第一性原理研究》文中研究指明团簇被认为是全面了解物质如何从原子演化为大块固体的桥梁。近二十年来,科研人员致力于研究不同维度和不同尺度范围的半导体材料的生长机理,从而进一步揭示新型半导体纳米结构潜在的技术应用,半导体团簇的结构和电子性质已经成为科研热点之一。了解团簇的几何结构是理解团簇物理性质的重要前提。实验上很难直接测定团簇的几何结构。理论上确定团簇的基态结构需要对其复杂的势能面进行高效而精确的全局搜索,这是当前纳米团簇研究的难点所在。根据团簇尺寸从小到大的顺序,我们通过全局搜索方法研究了半导体团簇SnN、GeNN和SiN。体相Sn独特地呈现出三种不同的同素异构体。特别是,二维锡烯因其可调的拓扑态和较大的能隙等突出的特性而引起了人们的极大兴趣。Sn团簇的一些独特物理性质及其在纳米技术中的潜在应用引起了研究人员的兴趣。本文采用遗传算法结合密度泛函理论的全局优化方法,确定了 SnN,、SnN和SnNCl-(N=4-20)团簇的低能结构和它们的生长过程,并且首次描述了一些团簇的低能异构体。本文提出一些中性单质团簇SnN(N=9,11-13,17-20),阴离子单质团簇SnN-(N=12,14,16,18-20)和阴离子二元团簇SnNCl-(N=6,7,1 1,13,19)的势能面上可能有简并态异构体存在。本文得到的结合能、电离势、绝热电离能和垂直电离能等团簇的电子性质与实验数据一致。在本文关注的尺寸范围内,SnN-和SnnNNCl-的模拟光电子谱与实验光电子谱相符。通过掺杂C1原子,SnN团簇的大多数原始光电子谱的第一峰消失了,同时,剩余的其它峰值几乎保留了 SnN-团簇的光电子谱的主要原始特征,因为除了 N=10、16、19和20之外,位于SnN-团簇结构外侧的掺杂Cl原子几乎不影响Sn.N-团簇的原有框架的任何重构。因此,本文为卤素掺杂方法在实验中的可行性范围提供了有价值的参考。由于锗基材料在微电子技术领域作为硅基材料替代品的潜在价值,锗团簇一直受到广泛关注。然而,对于50个原子以上范围的大尺寸Ge团簇的结构生长行为尚知之甚少。特别是,随着团簇尺寸增大,势能面上的局部极小值的数量呈指数增长,这使得很难确定最稳定结构。根据我们的两步优化方法(包括遗传算法结合非正交紧束缚方法,盆地跳跃算法结合密度泛函理论)的无偏全局搜索,具有45-70个原子的大尺寸Ge团簇的最稳定结构是填充笼型结构,不同于中等尺寸GeN(N=30-39)团簇的Y型超团簇结构,但是其结构特征相似于同样尺寸范围的Si团簇。并且,本文关于GeN团簇的研究表明,在N=70附近,发生从近球型到球型的结构转变,这与前人的实验结论是一致的。GeN(N=45-70)团簇的结合能和电离势的理论结果与现有的实验数据及其尺寸依赖性趋势一致。GeN团簇的最高占据轨道和最低非占据轨道之间的能隙随着团簇尺寸增加而减小并且与块体的值是可比的。作为最重要的单质半导体,硅是现代微电子工业的重要支柱。因为基于Si团簇的新型功能器件的潜在应用,硅团簇已经引起了人们的广泛关注。大尺寸Si团簇处于从微观到体相的过渡阶段。尽管已经开展了一定的研究,由于计算量巨大,这些研究没有在势能面上进行全局搜索。因此,大尺寸Si团簇(N>80)的最低能量结构和它们的物理性质仍然不清楚和存在争议。本文的两步优化方法的无偏全局搜索表明,具有60-170个原子的大尺寸Si团簇的最稳定结构仍然是填充笼型,这是中等尺寸Si团簇的几何构型的延续。我们首次提出Si150和Si170的最低能量结构可以被表征为三层填充笼型结构Si2@Si42@Si1006和Si2@Si48@Si120。从盆地跳跃算法的搜索中,我们还发现了 Si80和Si100的两个双层洋葱型结构Si16@Si64和Si20@Si80,并且,猜测它们可能以简并态的形式分别与填充笼型最低能量结构Si20@Si60和Si28@Si72共存。我们讨论了 Si团簇的结构和电子性质随着尺寸的变化规律,并且与金刚石晶格的块体Si进行了比较。关于结合能、电离势、绝热电离能和光电子谱的理论结果与现有的实验数据及其尺寸依赖性基本一致。由于量子限域效应,最高占据轨道和最低非占据轨道之间的能隙随着团簇尺寸的增加而减小,直径达到18 A的Si170团簇具有非常小的非零能隙。由于表面电子态,随着团簇尺寸增加,HOMO和LUMO轨道的波函数逐渐向Si团簇的外层笼子移动。本文中最大的Si170团簇的电子态己经类似于块体Si。本文对大尺寸Si团簇的研究为理解硅纳米结构的原子结构和电子性质提供了有价值的参考。

吴丽君[4](2017)在《基于DFTB计算的低维硅锗材料结构与电子性质研究》文中认为低维硅锗材料是制备纳米电子器件的重要候选材料,是研发高效率、低能耗和超高速新一代纳米电子器件的基础材料之一,有着潜在的应用价值。低维硅锗材料所具有的优异性能激发了研究者们对其结构和性质的研究兴趣。为了更好地理解低维硅锗材料表现出来的与体相不同的物理化学性能,本论文采用基于密度泛函理论的紧束缚方法(Density Functional Tight Binding,DFTB),对低维硅锗材料的零维体系(团簇)、一维体系(纳米线(带))、二维体系(硅薄膜)的原子排列结构、稳定性和电子性质等随体系尺寸变化所出现的差异进行了计算模拟,研究工作如下:首先,将遗传算法和DFTB相结合对SixGey(x+y=2~9)团簇的几何结构、稳定性和电子性质进行了研究。研究发现,团簇的尺寸和组分是决定其几何结构的主要因素。从5原子团簇开始,几何结构由平面向多边形双锥体过渡,形成四面体堆积结构。从6原子团簇开始,单质硅和锗团簇的结构出现差异。从7原子团簇开始,二元团簇的几何结构依赖于锗组分的变化。Si-Si键、Si-Ge键和Ge-Ge键的相互作用强弱是决定团簇中硅原子和锗原子占据不同位置的主要因素。9原子团簇出现多种同素异构体。团簇的尺寸和组分对稳定性有明显影响。二元团簇的组分对能隙也有明显影响,组分的改变可能会使能隙值骤升或骤降,也可能使其能隙值高于或低于单质团簇,而且团簇的结构、稳定性和能隙之间表现出一定的相关性。二元团簇中各原子的电荷总是从远离团簇中心的锗原子向靠近团簇中心的硅原子上转移,使电荷集中在团簇的近中心区域。其次,运用DFTB对厚度相同、宽度在0.272 nm~1.360 nm之间的硅纳米线(带)和宽度在0.425 nm~0.851 nm之间的锗纳米线(带)的结构、稳定性和电荷分布进行了研究。研究发现,不同宽度的硅纳米线(带)在沿厚度方向的表层内出现两种原子排列结构:一种是规则的沿<110>方向的二聚体排列结构;另一种是二聚体和三聚体间隔出现的排列结构。硅纳米线(带)沿延长方向呈现出周期性重复排列,纳米线(带)宽度的改变使重复结构单元长度发生变化。不同宽度的锗纳米线(带)表层内原子均呈现出规则的沿<110>方向的二聚体排列结构,重复结构单元长度均与锗晶体一致。硅、锗纳米线(带)的横截面均呈现出类似梭形结构。硅、锗纳米线(带)宽度的改变使纳米线(带)的原子间键长和键角发生明显改变。纳米线(带)表层结构的改变对各层内的电荷分布产生重要影响。纳米线(带)中各原子的电荷转移量与该原子在表层内的位置相关。纳米线(带)的尺寸和表层内原子排列结构对体系的稳定性产生重要影响。最后,运用DFTB对厚度在0.272 nm~1.494 nm之间的硅薄膜的表面原子排列结构、稳定性和电荷分布进行了研究。研究发现,硅薄膜随厚度改变表面原子出现三种排列结构:一是规则的“Zigzag”二聚体(c(4×2))重排结构;二是平行的三聚体重排结构;三是二聚体和三聚体同时出现的重排结构。硅薄膜厚度呈周期性增加时,表面的原子重排结构表现出一定的相似性。硅薄膜厚度越薄,原子间键角出现的范围越大,表层原子的重排对次表层原子的偏移影响越大。硅薄膜重构表面形成的二聚体比例是影响硅薄膜表面能的主要因素。具有规则“Zigzag”二聚体(c(4×2))重排结构的硅薄膜表面最为稳定。硅薄膜表面的电荷分布与表层内原子的位置起伏幅度密切相关,且电荷转移方向具有规律性。

高翔,陈晓波,黎军,李家明[5](2013)在《价键优选法及其在纳米结构预测与物性研究中的应用》文中进行了进一步梳理本文论述价键优选法作为一种新颖的理论方法在材料结构预测与物性研究中的应用,特别是在低维数纳米结构如团簇与纳米线研究中所展示的优势.价键优选法以原子几何构型和电子云(主要是由费米能级附近的分子轨道组成,即广义前线轨道)空间分布来合理决定纳米结构的稳定构型的选取.本文以硅团簇为例说明价键优选法的特点,以及锂、钠、铍、镁等金属团簇为例说明价键优选法在结构预测与材料物性随尺寸演化规律研究中的应用,以锂离子在MoS纳米线中的吸附为例说明价键优选法在储能材料离子传导研究中的应用,最后总结价键优选法的进一步发展方向.

高阿红[6](2013)在《熔体热历史对金属凝固特性影响的研究》文中认为熔体热历史显着影响金属凝固时的过冷度与微观结构,进而对材料的性能产生重要的影响。因此,揭示熔体热历史对金属凝固特性的影响规律具有重要的理论意义和工程价值。本文采用EAM多体势函数和分子动力学模拟的方法,研究了具有fcc结构的金属A1、Ag和Ni熔体在凝固过程中的形核过冷度及微观结构随熔体热历史的演变规律,并用经典凝固理论获得A1、Ag和Ni熔体中最大原子团中原子个数随熔体初始温度的变化关系。主要结论如下:在不同初始温度下,A1、Ag和Ni熔体分别以小于1012.7K/s、1011.1K/s和1011.8K/s冷速凝固后均形成晶体结构;采用金属固/液界面能模型预测不同冷速下A1、Ag和Ni熔体凝固均质形核过冷度与模拟所获得的均质形核过冷度相一致;不同初始温度下,A1、Ag和Ni熔体以冷速1011.0K/s冷却凝固后,获得的均质形核过冷度均随着熔体初始温度的增加逐渐增加,当熔体初始温度达到一定值时,均质形核过冷度不再随着熔体初始温度的增加而改变,且其值分别为358K、445K和558K。通过理论计算研究熔体中最大原子团中原子数nmax与熔体初始温度Ts的变化关系,发现在不同初始温度下熔体凝固过程中最大原子团中原子数nmax均随熔体温度T的增加逐渐减少。在初始温度2278K下,模拟不同冷速下Ni熔体冷却凝固后的微观结构及其演变规律。结果发现,冷速小于1011K/s时,Ni熔体凝固后形成晶态组织;冷速在1011K/s到1014.5K/s之间时,Ni熔体凝固后形成由晶态结构与非晶态结构组成的混合组织。冷速小于10’0K/s,Ni熔体凝固后形成的晶态组织具有FCC结构;冷速在1010K/s到1014.5K/s之间时,Ni熔体凝固后组织中的晶态由FCC和HCP结构层状镶嵌排列构成。通过分析模拟结果和计算结果,确定出了Ni熔体凝固后形成理想非晶的临界冷速为1014.5K/s。并发现Ni熔体中临界晶核(冷速等于1014.5K/s)和亚临界晶核(冷速大于10145K/s)均由FCC和HCP组成层状偏聚结构,这表明Ni熔体中生长的晶体、临界晶核和晶胚的结构是相同的。

丁文娟[7](2012)在《钨和铝混合团簇结构及热力学性质研究》文中指出目前,人们对于混合团簇已经进行了很多研究,但是对于性质差异较大的原子构成的混合团簇的研究还很有限,本论文主要运用分子动力学方法对铝和钨即AlmWn混合团簇进行了一定的理论研究,一方面研究了AlmWn混合团簇几何结构及其稳定性,另一方面研究了AlmWn混合团簇的热力学性质。首先,通过模拟退火方法得到了AlmWn (2≦n≦29)团簇的基态几何结构,结果发现:团簇原子个数接近幻数时团簇几何结构规整,但是混合团簇几何结构大多呈现不规则形状,一般是在一些规则子结构基础上添加而成,混合团簇中的Al原子一般处在W原子的外围。本文还通过计算各组团簇的二阶差分V2E随m的变化曲线,讨论了各个团簇AlmWn (2≦n≦29)的稳定性,结果表明:同多数单一原子团簇相比,混合团簇的二阶差分值并没有出现规律的奇偶数交替的波峰波谷现象,相反,随m的变化,在m取值的一定范围内,团簇的二阶差分值几乎相等,说明很多团簇的稳定性几乎相同。其次,主要讨论了原子个数为13和19时,混合团簇的热力学性质和熔化行为,结果如下:团簇的熔化行为与团簇的成分相关,混合团簇随着组成成分的不同,其熔化的温度也不相同,熔化的温度会随着W原子个数的增加而升高;研究发现,在一些团簇熔化过程中,出现了二次熔化现象,即团簇的δ值出现了二次跳跃,通过计算单原子的δ值,发现是由于铝原子较钨原子较早熔化产生的。

姜慧[8](2012)在《基于智能优化算法的小型团簇结构研究》文中指出原子团簇是由几个至数千个原子相互作用而形成的稳定聚集体,其物理和化学性质与它所含有原子数目多少有关。由于团簇具有特殊的几何结构和奇特的物理化学性质以及潜在的应用背景,因而引起人们的广泛关注。原子团簇结构的优化是目前物理、化学等领域的研究热点之一。由于团簇中各原子间的相互作用能够用势能函数表示,所以这些相互作用势就成为预测物质结构必不可少的物理量。目前被广泛应用的相互作用势有Sutton-Chen势、Lennard-Jones势等。研究团簇结构的方法有分子动力学法、蒙特卡洛方法和密度泛理论等。由于传统的研究方法蒙特卡洛法和分子动力学法等应用到团簇的基态结构研究时常常会陷入到局域最小。所以新的研究方法如遗传算法(Genetic Algorithm, GA)、粒子群算法(Particle Swarm Optimization, PSO)和差分进化算法(Differential Evolution, DE)等被科学家们所推崇。这些群智能算法作为相对完善、高效的优化方法给原子团簇结构预测、计算带来了极大的便利。本文的主要研究内容为:(1)采用粒子群优化算法结合Sutton-Chen势研究过渡金属铱原子团簇的结构优化问题。包括:(a)通过铱团簇结构进行优化,得到了原子数为n=2~20时的铱团簇基态能量、基态结构、平均束缚能和二阶差分的值,画出了铱的平均束缚能和二阶差分值随粒子数变化的关系曲线;(b)分析其二阶差分值后,得到了铱(n=2~20)团簇的幻数序列。(2)采用不同智能优化算法结合Sutton-Chen势能模型对镍原子团簇结构进行优化。包括:(a)以粒子群算法和遗传算法计算了原子数为n=2~20时的镍团簇的基态能量,并比较了计算时间,根据计算结果画出了镍原子团簇的结构投影图;(b)通过差分演化算法计算,得到了镍原子团簇的空间结构图,讨论了其对称性;(c)为了比较不同算法的优化性能,还讨论了原子数为n=8,15的镍团簇结构的寻优过程。研究结果表明:应用不同的智能优化算法均可得到对称性良好的镍团簇结构,相关实例均验证了将智能优化算法应用于预测过渡金属原子团簇结构是可行且有效的;得到的构型和基态能量与已有文献一致,整体优化性能好于其它传统方法;差分进化算法与遗传算法、粒子群优化算法相比,差分进化算法对镍团簇结构进行优化,具有更好的收敛特性,所需的计算时间更短。本文所获得的结论对今后过渡金属原子团簇结构的实验研究具有一定的指导和参考作用。文中运用的几种智能优化算法也有望成为复杂团簇结构研究的有效方法。

李扬[9](2012)在《WnNim(n+m=8)团簇的密度泛函理论研究》文中研究说明本文采用密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT),应用Gaussian03程序,优化了WnNim(n+m=8)团簇的几何结构,得出了它们的稳定构型,研究了它们的基态结构的物理化学性能,其内容及主要结果如下:(1)首先采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在Lanl2dz基组水平上对WnNim(n+m=8)团簇的各种可能的构型进行几何参数全优化,得出了它们的基态构型;并对基态构型的平均结合能、Wiberg键级(WBI)、磁学性质、NBO进行了分析,发现团簇随着W原子数的增多,稳定性增强,n≥5时,结构中都含有纯钨团簇的结构基元;W-W键级高于W-Ni键和Ni-Ni键;W5Ni3、W6Ni2团簇发生了“磁矩猝灭”的现象;在W、Ni原子内部,轨道电荷发生了转移,产生了“轨道杂化”现象,W、Ni原子之间也发生了电荷转移形成了较强的化学键。(2)在获得WnNim(n+m=8)团簇基态结构的基础上,我们用DFT的杂化密度泛函B3LYP方法对WnNim(n+m=8)团簇基态结构的偶极距、极化率、振动光谱进行了分析、发现团簇WnNim(n+m=8)都具有极性,富W团簇非线性光学效应强,容易被外加场极化;振动频率主要分布在0-350cm-1范围内,而团簇W4Ni4因其原子结构振动模式的特殊性,红外光谱和拉曼光谱在频率421.971cm-1处,有明显强峰;团簇W5Ni3因其结构的对称性,多处出现共振现象;同一团簇的振动模式中,W原子之间的伸缩振动所处的频率值高于Ni原子的摇摆振动。(3)我们用DFT的杂化密度泛函B3LYP方法对WnNim(n+m=8)团簇基态结构的轨道能级分布、HOMO、LUMO能级轨道图、芳香性和热力学性质做了深入分析,发现团簇W2Ni6能隙最小,化学活性最强,其组成前线轨道的成分基本相同;团簇W6Ni2能隙最大,化学活性最弱;团簇W5Ni3和团簇W6Ni2的Alpha轨道和Beta轨道是完全简并的,所有电子都是严格两两配对的;团簇W1Ni7,W5Ni3,W6Ni2,W7Ni1具有芳香性,团簇W2Ni6具有反芳香性;团簇的生成焓都是负值,为放热反应,热力学上是稳定的;团簇W2Ni6、W3Ni5、W4Ni4、W7Ni1的的化学性质主要决定于W原子5d轨道中的电子。综上所述,本文首次对WnNim(n+m=8)团簇的结构及物理化学性质进行了系统的理论研究,揭示了团簇宏观性质与微观结构的联系,为实验研究提供可靠的理论依据,为新的功能材料的研发提供相应的理论模型。

宋薇[10](2011)在《镍团簇的结构及性质的理论研究》文中研究指明团簇作为由原子、分子向宏观材料的过渡层次,它们的结构和特性随尺度大小的变化在一定程度上可反映由微观向宏观体系的特殊转变过程。近年来,过渡金属团簇以其在化学催化,激光物理,晶体生长,有机金属化学,纳米尺度的电镀材料等方面的广泛应用,引起了实验和理论研究者的关注,并对其产生了浓厚的兴趣。在30多种单一成分的过渡金属团簇中,镍团簇以其广泛的催化效应和重要的磁性得到了最为广泛和深入的研究。本文中我们采用了遗传算法(Genetic Algorithm,GA)与密度泛涵理论(Density Functional Theory,DFT)相结合的方法对镍团簇进行了系统的理论研究,找到了尺度介于20-35的镍团簇低能异构体,并确定了其最稳定几何结构,进而总结了它们的生长模式。以此为基础,我们对镍团簇的相对稳定性,电子性质及磁性等进行了系统地分析和研究,并得到以下的结论:(1)首先我们基于紧束缚势的遗传算法,对镍团簇Nin (20≤n≤35)的结构进行了全局搜索,当得到低能量的稳定结构后,采用第一性原理的密度泛函理论在VASP软件程序包中,对候选的低能量结构进行进一步的优化,确定其最稳定的几何结构。通过研究我们发现,中等尺度的镍团簇Nin (20≤n≤35)的结构是支持类双二十面结构的。比如说Ni20的最稳定结构可以看做是在Ni19(双二十面体1-5-1-5-1-5-1结构)的腰部添加一个原子构成的,Ni21的最稳定结构是在Ni19的相连的腰部添加两个原子构成的。Ni23是由三个Ni13(二十面体1-5-1-5-1结构)相互贯穿而构成的,Ni26则可是看成是由两个Ni19相互贯穿而构成的,而Ni29则是由一个Ni19和一个Ni22(双二十四面体1-6-1-6-1-6-1结构)相互贯穿而构成的。(2)我们系统分析了镍团簇Nin (n≤30)的相对稳定性,包括结合能,二次差分能。对于中性的镍团簇而言,在n≤6时平均原子结合能随着团簇尺寸的增加迅速升高,在n = 6-10范围内,平均原子结合能呈现中等速度的增加,当原子数为11或者12时,平均原子结合能呈现缓慢增加的趋势。当n≥13时平均原子结合能变化很小。对于镍团簇来说,Ni2, Ni6, Ni10, Ni11, Ni13, Ni20, Ni23, Ni26,和Ni29比相邻的团簇有更好的稳定性。对于离子团簇来说,阳离子镍团簇n = 3, 4, 11, 13, 23, 26和28处;阴离子镍团簇n = 6, 9, 11, 16, 18, 23, 26和29处表现出更好的稳定性。(3)我们详细计算了镍团簇Nin (n≤30)的磁性,对于镍团簇Ni1-Ni30来说,理论计算和实验上Ni3,6,13,16,19,23有相对较小的磁矩值。对于离子团簇而言Ni4, 13, 15, 19, 21, 24+和Ni4, 13, 19, 23-相对于其邻近团簇有相对较小的磁矩值。Ni)(13,19)的中性和离子结构均具有最小的磁矩值,我们可以认为二十面体结构Ni13和双二十面体结构Ni19具有特殊的性质即相对于相邻的团簇而言具有较低的磁矩值。(4)我们对Nin (n≤30)团簇的绝热电离势(adiabatic ionization potentials)和绝热电子亲和势(adiabatic electron affinities)进行了系统的分析,并与实验值做了对比。我们计算得到的整个AIP曲线与实验值在变化趋势上是一致的,只是我们计算得到的AIP值略低于实验值,团簇的原子数在3-10之间时AIP值出现振荡行为,在Ni6和Ni8处出现了一个极大的AIP值。而对于镍团簇Nin(n = 6 - 30)而言AIP值随着团簇原子个数的增加而缓慢的降低。我们计算所得的AEA值在趋势上与实验值基本一致,只是个别尺度上有略微的偏差,Ni2具有最小的AEA值,且Ni10,16,19较相邻的团簇来说,其AEA值略小。

二、镍原子团簇几何结构的紧束缚方法模拟(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、镍原子团簇几何结构的紧束缚方法模拟(论文提纲范文)

(1)基于群智能和机器学习的新型纳米团簇结构预测研究(论文提纲范文)

学位论文数据集
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 理论结构预测的背景及意义
    1.2 理论结构预测的原理及困难
    1.3 理论结构预测的研究现状
    1.4 论文工作的意义和主要内容
第二章 改进的粒子群优化算法与团簇结构优化
    2.1 粒子群优化算法
    2.2 改进的粒子群优化算法
        2.2.1 随机学习算子
        2.2.2 变异算子
        2.2.3 竞争机制
    2.3 性能测试
        2.3.1 测试标准
        2.3.2 RPSO参数设置
        2.3.3 测试结果
    2.4 RPSO与团簇结构预测
        2.4.1 点群对称性限制的初始构型生成
        2.4.2 基于成键特征矩阵的相似结构排除
        2.4.3 Lennard-Jones原子团簇预测测试
    2.5 纳米团簇结构优化平台
第三章 基于经验势能的纳米团簇结构优化
    3.1 二阶动量近似紧束缚方法
    3.2 团簇结构预测
        3.2.1 铂纳米团簇结构预测
        3.2.2 铂钯纳米团簇结构预测
第四章 基于密度泛函计算的纳米团簇结构优化
    4.1 密度泛函理论
    4.2 计算细节
    4.3 团簇魔幻数的的表征
    4.4 团簇结构预测
        4.4.1 铂团簇结构预测
        4.4.2 银团簇结构预测
        4.4.3 金团簇结构预测
第五章 机器学习加速的纳米团簇结构优化
    5.1 原子中对称函数
    5.2 高斯近似势
    5.3 机器学习加速模型
        5.3.1 势能拟合模型
        5.3.2 结合RPSO的加速模型
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 未来展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师简介
附件

(2)SixGey(n=x+y,n=2~5)团簇成键条件与解离行为的密度泛函紧束缚方法研究(论文提纲范文)

1 引 言
2 计算方法
3 结果与讨论
4 结 论

(3)硅、锗、锡团簇的结构和电子性质的第一性原理研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
    1.1 团簇的概念与分类
        1.1.1 团簇的概念
        1.1.2 团簇与分子的区别
        1.1.3 团簇的分类
    1.2 团簇的特点与研究意义
        1.2.1 团簇的特点
        1.2.2 团簇的研究意义与应用
    1.3 半导体团簇的研究进展
        1.3.1 Si团簇的研究进展
        1.3.2 Ge团簇的研究进展
        1.3.3 Sn团簇的研究进展
    1.4 本文主要研究思路
2 理论方法
    2.1 密度泛函理论
        2.1.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.2 交换关联能
        2.1.3 Kohn-Sham方程
        2.1.4 交换关联泛函近似
    2.2 遗传算法
    2.3 盆地跳跃算法
    2.4 紧束缚方法
        2.4.1 关于Si的NTB方法
        2.4.2 关于Ge的NTB方法
    2.5 本文计算模拟软件
3 Sn_N、 Sn_N~-和Sn_NCl~- (N=4-20)团簇的原子结构演变
    3.1 引言
    3.2 理论方法
    3.3 结果和讨论
        3.3.1 Sn_N、Sn_N~-和Sn_NCl~-团簇的低能结构
        3.3.2 分析结构和电子性质
    3.4 结论
4 大尺寸Ge团簇的原子结构和电子性质
    4.1 引言
    4.2 理论方法
    4.3 结果和讨论
    4.4 结论
5 大尺寸Si团簇的结构和电子性质
    5.1 引言
    5.2 理论方法
    5.3 结果和讨论
        5.3.1 Si团簇的几何结构
        5.3.2 电子性质
    5.4 结论
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介

(4)基于DFTB计算的低维硅锗材料结构与电子性质研究(论文提纲范文)

中文摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 低维材料概述
    1.2 硅锗材料简介
    1.3 低维硅锗材料的研究进展
        1.3.1 硅锗团簇
        1.3.2 硅锗纳米线(带)
        1.3.3 硅薄膜
    1.4 本论文的研究意义及主要工作
第2章 理论基础和计算方法
    2.1 密度泛函的基本理论
        2.1.1 Thomas-Fermi模型
        2.1.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.3 Kohn-Sham方程
    2.2 紧束缚方法
        2.2.1 布洛赫定理
        2.2.2 紧束缚方法介绍
        2.2.3 紧束缚方法的发展
    2.3 遗传算法
    2.4 模拟计算中的函数
        2.4.1 结构稳定性函数
        2.4.2 结构表征函数
    2.5 Mulliken电荷集居数
第3章 硅锗团簇的结构、稳定性和电子性质研究
    3.1 包含2~8原子的硅锗团簇研究
        3.1.1 几何结构优化
        3.1.2 与前期研究结果的对比
        3.1.3 稳定性分析
        3.1.4 电子性质分析
    3.2 包含9原子的硅锗团簇研究
        3.2.1 几何结构优化
        3.2.2 稳定性分析
        3.2.3 电子性质分析
    3.3 本章小结
第4章 硅锗纳米线(带)的结构和电荷分布研究
    4.1 硅纳米线(带)的研究
        4.1.1 初始结构的建立
        4.1.2 原子排列结构分析
        4.1.3 能量分析
        4.1.4 Mulliken电荷集居数分析
    4.2 锗纳米线(带)的研究
        4.2.1 初始结构的建立
        4.2.2 原子排列结构分析
        4.2.3 能量分析
        4.2.4 Mulliken电荷集居数分析
    4.3 本章小结
第5章 硅薄膜的表面结构和电荷分布研究
    5.1 硅薄膜的研究
        5.1.1 初始结构的建立
        5.1.2 表面重构分析
        5.1.3 重构表面的Mulliken电荷集居数分析
    5.2 不同厚度硅薄膜表面的研究
        5.2.1 表面重构分析
        5.2.2 能量分析
        5.2.3 重构表面的Mulliken电荷集居数分析
    5.3 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
攻读学位期间发表和已录用论文情况
作者简历

(5)价键优选法及其在纳米结构预测与物性研究中的应用(论文提纲范文)

1 引言
2 价键优选法
3 结构预测与物性研究
    3.1 二原子团簇的价键特征
    3.2 三元、四元团簇关键结构的规律
    3.3 块体材料物性演化规律
4 讨论

(6)熔体热历史对金属凝固特性影响的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 研究背景
    1.3 研究意义
    1.4 凝固基本理论
    1.5 结晶理论
        1.5.1 结晶热力学
        1.5.2 结晶动力学
        1.5.3 均质形核速率
        1.5.4 固/液界面能的理论模型
    1.6 金属非晶态的形成
2 熔体热历史对金属凝固特性的研究方案
    2.1 研究对象
    2.2 研究方法
        2.2.1 分子动力学模拟方法
        2.2.2 微观结构分析方法
        2.2.3 模拟计算体系选择
    2.3 研究内容
        2.3.1 Al熔体初始温度对均质形核过冷度影响的分子动力学模拟
        2.3.2 Ag熔体初始温度对均质形核过冷度影响的分子动力学模拟
        2.3.3 Ni熔体初始温度对均质形核过冷度影响的分子动力学模拟
        2.3.4 Ni熔体凝固形成临界晶核与晶体团簇的分子动力学模拟
    2.4 模拟步骤
        2.4.1 Al熔体初始温度对均质形核过冷度影响的模拟步骤
        2.4.2 Ag熔体初始温度对均质形核过冷度影响的模拟步骤
        2.4.3 Ni熔体初始温度对均质形核过冷度影响的模拟步骤
        2.4.4 Ni熔体凝固形成临界晶核与晶体团簇的模拟步骤
3 Al熔体初始温度对均质形核过冷度影响的分子动力学模拟
    3.1 熔点的测量
    3.3 临界冷速的测量
        3.3.1 初始液态平衡性验证
        3.3.2 临界冷速的模拟
    3.4 均质形核过冷度的测量
        3.4.1 形核温度的模拟
        3.4.2 均质形核过冷度的确定
    3.5 均质形核过冷度模拟结果的验证
        3.5.1 金属均质形核过冷度方程
        3.5.2 形核过冷度模拟值与理论值的比较
    3.6 均质形核过冷度随初始温度变化的测量
    3.7 原子团中的原子个数随初始温度的变化关系
    3.8 小结
4 Ag熔体初始温度对均质形核过冷度影响的分子动力学模拟
    4.1 熔点的测量
    4.3 临界冷速的测量
        4.3.1 初始液态平衡性验证
        4.3.2 临界冷速的模拟
    4.4 均质形核过冷度的测量
        4.4.1 形核温度的模拟
        4.4.2 均质形核过冷度的确定
    4.5 均质形核过冷度的验证
        4.5.1 金属均质形核过冷度方程
        4.5.2 形核过冷度模拟值与理论值的比较
    4.6 均质形核过冷度随过热温度变化的测量
    4.7 原子团中原子个数随初始温度变化的关系
    4.8 小结
5 Ni熔体初始温度对均质形核过冷度影响的分子动力学模拟
    5.1 熔点的测量
    5.3 临界冷速的测量
        5.3.1 初始液态平衡性验证
        5.3.2 临界冷速的模拟
    5.4 均质形核过冷度的测量
        5.4.1 形核温度的模拟
        5.4.2 均质形核过冷度的确定
    5.5 均质形核过冷度的验证
        5.5.1 金属均质形核过冷度公式
        5.5.2 形核过冷度模拟值与理论值的比较
    5.6 均质形核过冷度随初始温度变化的测量
    5.7 原子团中原子数随过热温度变化的关系
    5.8 小结
6 Ni熔体凝固过程中临界晶核和亚临界晶核的分子动力学模拟
    6.1 模拟结果及讨论
        6.1.1 Ni熔体凝固后形成非晶的临界冷速
    6.2 Ni熔体凝固后的微观结构
        6.2.1 键对分析结果
        6.2.2 最大晶体团簇中的原子数及其结构
    6.3 临界晶核及临界形核冷速的确定
    6.4 模拟结果的准确性讨论
    6.5 小结
7 结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢

(7)钨和铝混合团簇结构及热力学性质研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 团簇的知识背景
        1.1.1 团簇的定义和探究背景
        1.1.2 团簇的种类
        1.1.3 团簇的基本性质
        1.1.4 团簇研究的主要内容、方向
    1.2 团簇结构
        1.2.1 团簇结构研究的背景、意义和困难
        1.2.2 原子团簇结构研究的主要求解方法
        1.2.3 国内外关于原子团簇结构研究的现状及分析
    1.3 本文的研究内容
    1.4 本章小结
第2章 理论基础与方法
    2.1 分子动力学原理
    2.2 牛顿运动方程
    2.3 Gear 预报校正算法
    2.4 原子间的作用势
    2.5 物理量的计算
    2.6 分子动力学模拟的系综理论
    2.7 系综的控制方法
    2.8 本文具体研究方法及过程
    2.9 本章小结
第3章 Al_mW_n 团簇的微观结构研究
    3.1 引言
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 单质钨较有规律的稳定结构(W_6,W_7,W_(13),W_(19))
        3.2.2 Al_m_W_2 (m=1-28)团簇稳定结构的研究
        3.2.3 Al_mW_5 (m=1-25)团簇稳定结构的研究
        3.2.4 Al_mW_8 (m=1-22)团簇稳定结构的研究
        3.2.5 Al_mW_(11)(m=1-19)团簇稳定结构的研究
        3.2.6 Al_mW_(14)(m=1-16)团簇稳定结构的研究
        3.2.7 Al_mW_(17)(m=1-13)团簇稳定结构的研究
        3.2.8 Al_mW_(20)(m=1-10)团簇稳定结构的研究
        3.2.9 Al_m W_(23)(m=1-7)团簇,Al_mW_(26)(m=1-4)团簇,AlW_(29)团簇稳定结构的研究
    3.3 本章小结
第4章 团簇的热力学性质研究
    4.1 引言
    4.2 混合团簇热力学性质的研究
    4.3 混合团簇熔化行为研究
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢

(8)基于智能优化算法的小型团簇结构研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
目录
第1章 引言
    1.1 团簇研究的历史及发展
    1.2 团簇研究的意义
    1.3 团簇的研究方向和主要求解方法
    1.4 本文的主要工作及结构
第2章 团簇研究中原子间势函数
    2.1 Lennard-Jones势
    2.2 Sutton-Chen势
    2.3 Gupta多体势
    2.4 Tersoff势
    2.5 本章小结
第3章 智能优化算法
    3.1 遗传优化算法
        3.1.1 遗传优化算法的产生
        3.1.2 标准遗传优化算法
        3.1.3 标准遗传优化算法的流程图及步骤
        3.1.4 遗传优化算法的特点及应用
        3.1.5 遗传算法的应用
    3.2 粒子群优化算法
        3.2.1 粒子群优化算法的产生
        3.2.2 基本粒子群优化算法
        3.2.3 基本粒子群优化算法的流程图及步骤
        3.2.4 粒子群优化算法的特点及应用
    3.3 差分进化算法
        3.3.1 差分进化算法的产生
        3.3.2 标准差分进化算法
        3.3.3 标准差分进化算法的流程图及步骤
        3.3.4 差分进化算法的特点及应用
    3.4 本章小结
第4章 智能算法在原子团簇结构优化中的应用
    4.1 智能优化算法用于铱原子团簇结构优化
        4.1.1 铱原子团簇结构优化预测
        4.1.2 结果分析
    4.2 基于智能优化算法用于镍原子团簇结构优化
        4.2.1 镍原子团簇结构优化预测
        4.2.2 遗传算法和粒子群算法优化结果及对比分析
        4.2.3 差分进化算法优化镍原子团簇
    4.3 本章小结
第5章 总结与展望
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢

(9)WnNim(n+m=8)团簇的密度泛函理论研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 团簇物理简介
        1.1.1 团簇
        1.1.2 团簇的主要性质
    1.2 钨镍相关团簇的研究现状
        1.2.1 混合/掺杂团簇的研究
        1.2.2 钨相关团簇的研究
        1.2.3 镍相关团簇的研究
        1.2.4 钨镍混合物国内外研究进展
    1.3 本文研究的内容和意义
        1.3.1 本论文研究的内容
        1.3.2 本论文研究的意义
        1.3.3 本论文的创新点
第2章 理论基础与计算方法
    2.1 计算物理简介
        2.1.1 计算物理
        2.1.2 计算物理的发展
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Thomas-Fermi 模型
        2.2.2 Hohenberg-Kohn 定理
        2.2.3 Kohn-Sham 方程
        2.2.4 局域密度近似泛函
        2.2.5 杂化密度泛函
        2.2.6 微扰理论方法
        2.2.7 相对论效应
    2.3 计算软件
        2.3.1 Gaussian 软件的介绍
        2.3.2 其他软件的介绍
第3章 WnNim(n+m=8)团簇结构与电子性质的理论研究
    3.1 引言
    3.2 计算方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 几何构型
        3.3.2 团簇的稳定性分析
        3.3.3 WnNim(n+m=8)团簇基态结构的磁性
        3.3.4 NBO 分析
    3.4 本章小结
第4章 WnNim(n+m=8)团簇的极性和振动光谱
    4.1 引言
    4.2 计算方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 基态构型
        4.3.2 团簇的偶极距:
        4.3.3 团簇的极化率:
        4.3.4 团簇的振动光谱:
    4.4 本章小结
第5章 WnNim(n+m=8)团簇轨道能级和芳香性
    5.1 引言
    5.2 计算方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 轨道能级分布和能隙
        5.3.2 前线轨道分析
        5.3.3 芳香特性和热力学性质
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间发表的论文
致谢

(10)镍团簇的结构及性质的理论研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    §1.1 团簇的定义
    §1.2 团簇发展的现状
    §1.3 过渡金属镍团簇的研究发展
    §1.4 论文课题的选择,研究的目的和研究的内容
第二章 理论基础和计算方法
    §2.1 Schr(o|¨)dinger 方程
    §2.2 分子轨道理论
        §2.2.1 闭壳层分子的Hartree-Fock-Roothann 方程
        §2.2.2 开壳层分子的Hartree-Fock-Roothann 方程
    §2.3 电子相关问题
        §2.3.1 物理图像
        §2.3.2 电子相关能
        §2.3.3 微扰方法(M(?)ller-Plesset Perturbation Method)
        §2.3.4 组态相互作用方法(Configuration Interaction Method)
        §2.3.5 耦合簇方法(Coupled Cluster Method)
    §2.4 密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)
    §2.5 平面波展开的第一性原理赝势法
    §2.6 基于紧束缚(Tight-Binding)势的遗传算法(Genetic Algorithm)
    §2.7 势能面(Potential Energy Surface)
    §2.8 内禀反应坐标理论(Intrinsic Reaction Coordinate Theory)
    §2.9 基组的选择
    §2.10 振动频率
    §2.11 计算结果分析
        §2.11.1 总能量
        §2.11.2 稳定几何
    §2.12 VASP 程序包
第三章 镍团簇 Ni_n (n = 20 –30)结构和性质的理论研究
    §3.1 引言
    §3.2 计算方法
    §3.3 结果和讨论
        §3.3.1 几何结构
        §3.3.2 相对稳定性
        §3.3.3 磁性
    §3.4 本章小结
第四章 镍团簇Ni_n(n = 31 - 35)的理论研究
    §4.1 引言
    §4.2 计算方法
    §4.3 结果和讨论
        §4.3.1 几何结构
        §4.3.2 稳定性
        §4.3.3 磁性
    §4.4 本章小结
第五章 镍团簇 Ni_n (n ≤30) 的磁性和电子性质的研究
    §5.1 引言
    §5.2 计算方法
    §5.3 结果和讨论
        §5.3.1 几何结构
        §5.3.2 相对稳定性
        §5.3.3 磁性
        §5.3.4 电离势和电子亲和势
第六章 结论
参考文献
    第一章
    第二章
    第三章
    第四章
    第五章
作者简介及科研成果
致谢

四、镍原子团簇几何结构的紧束缚方法模拟(论文参考文献)

  • [1]基于群智能和机器学习的新型纳米团簇结构预测研究[D]. 周营成. 北京化工大学, 2020(02)
  • [2]SixGey(n=x+y,n=2~5)团簇成键条件与解离行为的密度泛函紧束缚方法研究[J]. 吴丽君,李美玲,迟宝倩,沈龙海,张林. 原子与分子物理学报, 2020(05)
  • [3]硅、锗、锡团簇的结构和电子性质的第一性原理研究[D]. 吴迪. 大连理工大学, 2019
  • [4]基于DFTB计算的低维硅锗材料结构与电子性质研究[D]. 吴丽君. 东北大学, 2017(08)
  • [5]价键优选法及其在纳米结构预测与物性研究中的应用[J]. 高翔,陈晓波,黎军,李家明. 物理学报, 2013(09)
  • [6]熔体热历史对金属凝固特性影响的研究[D]. 高阿红. 西安工业大学, 2013(10)
  • [7]钨和铝混合团簇结构及热力学性质研究[D]. 丁文娟. 河北科技大学, 2012(05)
  • [8]基于智能优化算法的小型团簇结构研究[D]. 姜慧. 浙江师范大学, 2012(03)
  • [9]WnNim(n+m=8)团簇的密度泛函理论研究[D]. 李扬. 江苏科技大学, 2012(04)
  • [10]镍团簇的结构及性质的理论研究[D]. 宋薇. 吉林大学, 2011(05)

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镍原子团簇几何的紧束缚法模拟
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