论文摘要
本文利用基于密度泛函理论的第一性原理的量子化学方法详细研究了Tb原子和其它几种过渡金属原子（Y, Pd, La, Yb, Lu）与Sin团簇的掺杂。主要讨论了团簇的几何结构、电子及磁学性质。其主要内容如下:一方面,从第一性原理出发,利用Dmol3软件在广义梯度近似下（GGA）,详细研究了Sin（n=3-14）团簇的生长模式及掺杂后TbSin团簇的一些特性。结果表明:从n=4开始,Sin团簇呈现三维立体（3D）结构,并且随着团簇尺寸的增大趋于形成密堆积结构。通过对团簇平均结合能、离解能及能隙（HOMO-LOMO）的计算和分析,表明Tb原子掺杂Sin后极大地增强了Sin团簇的稳定性。由Mulliken电荷分析发现,对于TbSin团簇来说电荷总是由Tb原子向各个Si原子转移。另外,我们还分析了Tb原子掺杂Sin前后团簇的磁矩变化,发现金属原子掺杂后Sin团簇的磁性有了显著的增大,并且这些磁矩局域在Tb原子的周围,主要由f轨道电子贡献,表明f轨道电子表现出很大的局域性且不参与化学成键。以TbSi10团簇为例的分波态密度分析表明Tb原子与Si原子之间存在较强的sp轨道杂化。稳定的TbSin团簇在半导体磁性材料方面会有广阔的应用前景。另一方面,我们还选择了其它几种具有不同价电子组态的金属原子（Y, Pd, La, Yb, Lu）作为掺杂原子,在Dmol3软件包下利用密度泛函理论中的广义梯度近似（GGA）方法,研究了TMSin（TM=Y, Pd, La, Yb, Lu）团簇的基态结构和电子性质。通过具体的计算和讨论发现:在n≤10时,所有掺杂的金属原子都位于Si原子的外部,具体位置也不尽相同。从n=11开始,随着团簇尺寸的增大,金属原子逐渐陷入Sin团簇的内框架之中,逐渐形成趋于笼形的结构。尤其是金属原子Pd,在n=11时就较早的陷入了Sin团簇的中心,形成笼状的基态结构。在n=16时,我们所研究的所有金属原子都完全陷入了Sin团簇的二十面体的中心。此外,我们还对团簇的磁性进行了计算,结果显示:TMSin团簇的磁性很小,并且从n=6开始,团簇TMSin的磁矩发生“淬灭”。从Mulliken电荷布局分析发现,除了PdSin团簇外,团簇的电荷转移方向随着团簇尺寸的增大发生改变,团簇的轨道