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钛镍形状记忆合金具有丰富的相变和电子结构特性,具有与生物体良好的兼容性,特别是具有优异的形状记忆功能而倍受关注。目前,在钛镍合金团簇方面的研究相对较少。本文基于密度泛函理论的第一性原理,采用BLYP交换关联函数和缀加极化函数的双数值原子基组DNP,对钛镍混合小团簇进行全电子、自旋非禁制的计算。找到了Ni<,n>Ti(n≤7)、Ti<,n>Ni<,n>(n≤6)、Ti<,n>Nim(n≤4,m≤4)的最稳定的几何结构,研究了其电磁特性,结果表明:
(1)对于Ni<,n>Ti(n≤7)研究表明:Ni<,2>Ti、Ni<,3>Ti稳定结构中钛原子处于平面桥位,形成稳定的钛镍键;Ni<,n>Ti(4≤n≤7)均是在Ni形成的多边形表面上找到了掺杂钛原子的稳定位置。分别找到Ni<,3>Ti、Ni<,4>Ti的更低能态结构:“爪”型C<,2v>结构、C<,2v>四棱锥结构。对平均结合能的分析说明:钛的掺入增强了镍团簇的稳定性,其中Ni<,5>Ti具有较高的稳定性。Mulliken分析表明:钛原子的加入,使Ni<,2>、Ni<,3>、Ni<,4>原有的磁性完全消失,与相同原子数目的Ni<,n>团簇相比,Ni<,n>Ti(5≤n≤7)团簇表现较弱的磁性。
(2)对于Ti<,n>Ni<,m>(n≤4,m≤4)团簇,分别找到Ti<,3>Ni、Ti<,4>Ni、Ti<,3>Ni<,2>的更稳定结构:四面体C<,3v>结构、三角双锥C<,3v>,结构、三角双锥D<,3h>结构。除Ti<,2>Ni,Ti<,4>Ni之外,其余团簇的基态都没有磁性。Ti<,n>Ni<,m>(n≤4,m≤4)混合团簇都倾向于具有较多钛镍成键的结构,对于钛比例较大的团簇来讲,镍倾向于在以钛原子组成骨架结构的面心上生长;对于镍比例较大的团簇来讲,当原子数目较小时钛原子居于平面桥位置形成稳定结构。
(3)等比Ti<,n>Ni<,n>(n≤6)小团簇,随着原子数目的增加,团簇的平均结合能(E<,ave>)单调下降,稳定性加强。分别找到Ti<,2>Ni<,2>、Ti<,3>Ni<,3>的更稳定结构:蝶型C<,2v>(A)结构、戴帽三角双锥C<,s>结构。对于Ti<,5>Ni<,5>、Ti<,6>Ni<,6>存在两种结合能很接近的同分异构体,显示一定的磁性。