镍锗团簇第一性原理研究文献综述

文献综述

（一）课题研究的现状及发展趋势

近年来，人们在过渡金属团簇上有大量的研究，大量研究结果中结构和磁性之间的关系被发现。由于广泛的催化作用和重要的磁学性质，镍团簇是许多研究小组研究的焦点。因此，研究镍团簇的结构变化对磁性的影响是他们非常感兴趣的。例如，掺杂或将团簇与其他元素混合。Reuse和Khanna系统的进行了首次镍团簇的几何形状研究，他们采用了基于密度泛函理论上的原子分子轨道的线性组合方法，计算得到了团簇的几何构型和团簇的总自旋磁距。谢等人研究了利用DFT计算了镍团簇的结构和磁性能之间的相互影响。他们发现，从n = 6–13、总自旋磁矩是8mu;B，电子特性包括静态极化率和小集群各向异性,采用了新开发的阶极化基组的DFT计算研究。雷诺等人使用DFT和非局域赝势法为核心的研究方法，发现小镍团簇基态构型。德什潘德等人在密度泛函理论的框架内研究了平衡结构，国家神经学和失明研究所研究小镍团簇的电子结构和磁性性质。计算结果表明，掺杂硼原子能提高能隙之间的最高占据分子轨道和最低未占据分子轨道的稳定性，但降低镍团簇的磁矩。所有这些发现都阐明了材料结构对其性质的影响，预计我们的研究可能为未来的实验研究提供有用的指导。

（二）研究方法

根据原子核和电子互相作用的原理及其基本运动规律，运用量子力学原理，从具体要求出发，经过一些近似处理后直接求解薛定谔方程的算法，习惯上称为第一性原理。第一性原理包括基于密度泛函理论的从头算和基于Hartree-Fock自洽计算的从头算,前者以电子密度作为基本变量（霍亨伯格-科洪定理）,通过求解Kohn-Sham方程,迭代自洽，得到体系的基态电子密度,然后求体系的基态性质；后者则通过自洽求解Hartree-Fock方程,获得体系的波函数,然后求得基态性质^[3]。

密度泛函理论是一种研究多电子体系电子结构的量子力学方法。密度泛函理论在物理和化学上都有广泛的应用，特别是用来研究分子和凝聚态的性质，是凝聚态物理和计算化学领域最常用的方法之一。电子结构理论的经典方法，特别是Hartree-Fock方法和后Hartree-Fock方法，是基于复杂的多电子波函数的。密度泛函理论的主要目标就是用电子密度取代波函数作为研究的基本量。因为多电子波函数有 3N 个变量（N 为电子数，每个电子包含三个空间变量），而电子密度仅是三个变量的函数，无论在概念上还是实际上都更方便处理。

本课题采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对引入锗元素掺杂的镍团簇的生长、电子结构及成键性质进行研究。

（三）本课题研究的意义和价值

团簇结构的确定是理解团簇奇特性质的关键。几何结构的稳定性、电磁特性是团簇硏究中两个重要的相互关联的问题,因为电子结构决定了团簇的磁矩,而团簇几何结构反映其电子结构。从这个意义上可以说,确定团簇的几何结构是最重要、最前提的工作。镍团簇因具有杰出的催化和磁学性质而吸引大量的研究兴趣。为了提高镍团簇的磁性而研究团簇结构的演变是有意义且必要的。本课题采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对引入锗元素掺杂的镍团簇的生长、电子结构及成键性质进行研究。以期能找出提高团簇磁矩的调制手段。

（四）参考文献