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团簇研究中的一个重要方面就是获得稳定的基态团簇。而通过氢化的方法来获得稳定的团簇已经得到了广泛的研究。本论文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对氢化碳化硅SinCnH2n(n=9-11)团簇的微观结构及稳定性做了详细研究。同时我们还研究了掺杂过渡金属原子以及部分第二和第三周期原子对SinCnH2n(n=9-11)团簇的微观结构、稳定性和电、磁性质的影响。
同SinCn(n=9-11)团簇的基态结构相比,氢化碳化硅SinCnH2n(n=9-11)团簇的基态结构中Si原子部分显得更加规则,而C原子部分则变化不大。氢化后Si-Si键的平均键长变小。SinCnH2n(n=9-11)团簇中Si、C原子的平均结合能要大于SinCn(n=9-11)团簇的平均结合能。为了进一步验证SinCnH2n(n=9-11)团簇基态结构的稳定性,我们将团簇中的任一原子移动较大距离使其偏离其平衡位置,重新结构优化后都能回到原来的平衡位置。上述结果充分说明了利用氢化的方法可以大大提高碳化硅团簇的稳定性。
在SinCnH2n(n=9-11)团簇中掺杂过渡金属原子以及部分第二和第三周期原子后我们发现,大部分原子不能呆在团簇的笼状结构内部,而是移向了Si五圆环或Si六圆环的一侧并与Si原子成键。掺杂不同的原子,团簇的HOMO-LUMO能隙有较大的变化范围,这为调控碳化硅团簇的能隙进而调控氢化碳化硅团簇的光学性质的研究提供了依据。所有掺杂原子均带负电荷,部分电子从SinCnH2n(n=9-11)团簇转移到掺杂原子上。掺杂部分过渡金属后团簇的磁矩较大,可以达到3μB远大于掺杂SinCn(n=9-11)团簇的磁矩。对于大部分掺杂团簇,其总磁矩主要由掺杂原子贡献。