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铜具有导电性好、延展性佳、储量丰富及加工方便等优点,还具有极强的抗癌、抑菌功能,已被广泛应用于电气、机械、轻工、建筑、国防和医学等领域。铜团簇作为介于单个Cu原子到块状铜的过渡态,其物理和化学性质既不同于单个的原子,又有别于块状的铜,一般随原子数目的变化而改变。近年来,为优化铜团簇的结构和物性,铜团簇掺入Au、Ag已被广泛地研究,但对于铜团簇掺入3d过渡金属的研究却甚少。因此,本文拟对Cun+1和M@Cun(n=1-12,M=Sc-Ni)团簇的几何结构、相对稳定性和磁性能进行系统地研究。首先,基于密度泛函理论B3LYP方法,优化了Cun+1和M@Cun(n=1-12,M=Sc.Ni)团簇的几何结构,得到许多异构体。几何结构优化结果显示Cun+1团簇的基态结构随着Cu原子个数的增加趋向于笼状结构,Cun+1团簇的基态结构在n=2-5为平面结构,在n=6-12为三维结构；对于掺杂M@Cun团簇,所有过渡金属原子在基态结构中明显趋于占据高配位。其次,原子平均结合能的计算结果表明：随着铜原子的增加,铜团簇和掺杂团簇的原子平均结合能呈增大趋势；掺杂团簇(除Cr@Cun和Mn@Cun团簇外)的原子平均结合能明显大于纯铜团簇。对于基态团簇的能量二阶差分,Cun+1、M@Cun(M=Cr、Co、 Ni)表现出明显的奇偶振荡特性,即含偶数Cu原子团簇的稳定性高于含奇数Cu原子团簇的稳定性。对于垂直电离能(VIP)和电子亲和能(EA),Cun+1、Co@Cun、Ni@Cun的VIP和EA均具有奇偶振荡特性,具有相同自旋多重性的M@Cun(M=Ti、Cr、Mn、Fe. Co、Ni)的EA随着团簇的增大而增大。对能级间隙的分析表明：除Ni@Cu3、Ni@Cu9、 Co@Cu11、Ni@Cu11外,过渡金属原子掺入到奇数铜原子团簇中,与相同数目原子的纯铜团簇相比,它们降低了铜团簇的能级间隙；相反,除Cr@Cu2外,其他掺杂原子掺入到偶数铜原子团簇中,与相同数目原子的纯铜团簇相比,它们增加了铜团簇的能级间隙。最后,基态团簇的总磁矩和轨道磁矩结果显示：掺杂原子Cr和Mn对铜团簇磁矩的影响最大,其中,Sc@Cun、Co@Cun、Ni@Cun的磁矩呈奇偶振荡现象。纯铜团簇和掺杂团簇的自旋态密度的分析表明：掺杂团簇改变了铜团簇的自旋态密度。对轨道磁矩研究分析表明：掺杂铜团簇的磁矩主要源于掺入的过渡金属原子,而过渡金属原子的磁矩又主要分布在它们的3d轨道上。