=1～10)團簇碎片能和極化率的密度泛函理論研究

張陳俊

(西安航空學院 理學院，西安 710077)

0 引言

摻雜碳團簇在星際空間被發(fā)現(xiàn)[1-3]，迅速引起了實驗物理學家和理論物理學家的極大興趣。在碳團簇中摻雜會引起其物理化學性質(zhì)的改變，這使得我們?nèi)パ芯繐诫s碳團簇顯得尤為必要。此外，對摻雜碳團簇詳細的研究將有助于我們理解它們的穩(wěn)定性，揭示它們的形成機理，進而能促進我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)和使用新型材料。

大量的關于摻雜碳團簇的研究被展開，將過渡金屬元素Sc、Ti、V、Cr、Co和Zn等[4-9]摻雜到碳團簇中的理論研究被陸續(xù)報道。將Li、Na和Cs等第一主族元素[10-12]以及Be、Mg和Ca等第二主族元素[13-15]分別摻雜到碳團簇中的理論研究也被報道。對于第三主族元素摻雜到碳團簇的研究有：Chuchev K等[16-17]對B元素摻雜碳團簇進行了理論計算；Antonio L和Redondo P等[18-19]用密度泛函理論對Al元素摻雜碳團簇進行了研究。

我們之前對GaCn團簇的結構和穩(wěn)定性進行了理論研究[20]，近期我們又對In摻雜碳團簇系列穩(wěn)定結構進行了計算，但對該系列團簇的形成通道和相關的物理化學性質(zhì)認識還不夠，故本文將對陰離子團簇的形成通道(碎片能)和極化率進行詳細的理論研究。

本文的研究成果不僅對總結含第三主族元素的碳團簇的生成規(guī)律、結構規(guī)律及所具有的物理化學性質(zhì)等提供依據(jù)，而且對實驗研究具有導向作用。

1 計算方法及前序工作

圖團簇的直線型基態(tài)結構

2 結果與分析

2.1 團簇碎片能

圖團簇基態(tài)結構的碎片能隨團簇尺寸變化的關系曲線

2.2 極化率分析

<α>=(αXX+αYY+αZZ)/3

(1)

(2)

進一步對表中數(shù)據(jù)進行分析，還可以得到，除在n=2處出現(xiàn)微小振蕩外，極化率張量的平均值隨團簇尺寸的增大而增大。由此可以說明極化率受團簇的大小影響很大，大尺寸的團簇較小尺寸的更容易被外場極化。因為大尺寸團簇中電子等的最初分布更易被較強的外場所破壞，另外，受原子間相互作用的影響，也導致整個團簇很容易被極化，因而使得非線性光學效應顯現(xiàn)。

圖3 陰離子團簇的極化率的各向異性不變量隨團簇尺寸的演化

陰離子nXXXYYYXZYZZZ<α><α>/nΔα133.8920.00033.8920.0000.000107.70758.49729.24973.815253.1710.00053.1710.0000.000116.48774.27624.75963.316356.180.00056.180.0000.000216.388109.58327.396160.2084247.867-0.93459.4870.0000.00059.463122.27224.454188.399562.5680.00062.5680.0000.000390.561171.89928.65327.993665.4430.00065.4430.042-0.007430.227187.03826.72364.7847616.7380.13768.6360.0000.00068.636251.33731.417548.102872.0950.00070.351-0.0870.003710.327284.25831.584639.1069900.0070.30474.730.0000.00074.729349.82234.982825.27810956.2690.20477.5050.0550.00077.504370.42633.675878.765

3 結語

這些成果可以成為相關實驗的理論依據(jù)，對實驗研究產(chǎn)生導向性，也將為研究更大尺寸、更多元化的團簇提供理論基礎。

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[責任編輯、校對：梁春燕]