镓（Ga）、氮化镓（GaN）及铟（In）团簇的结构和电子性质研究

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s2p1的电子构型使得IIIA主族元素的小团簇表现出一些奇特的性质，近年来一直是人们研究的热点。本文利用广义梯度近似的密度泛函理论(DFT－GGA)结合遗传算法(GA)对镓(Gan)、氮化镓(GanN)及铟(Inn)团簇的结构和电子性质进行了系统的研究。为了获得最低能量结构，首先我们在一套基于分子动力学模拟退火遗传算法的结构优化程序基础上，实现了在系统能量曲面上进行无人为预设(unbiased)的全局结构优化（global structural optimistic）。在从得到的众多的初始构型出发，再利用第一原理——密度泛函理论优化这些初始结构得到最稳定结构以及一些次稳定的异构体。找到基态能量结构以后，我们利用DMOL3软件包计算讨论了Gan、GanN、Inn(n≤13)团簇的平均结合能、总能二阶差分、HUMO－LUMO能隙、电离能和电子亲合能等物理特性。小尺寸的Gan团簇最低能量结构与Inn相似，然而随着尺寸的增长，两者出现差异，Inn团簇最低能量结表现出更高的对称性。在我们所研究的尺寸范围内，镓团簇与铟团簇的基态结构均偏向于密堆的笼形结构。镓团簇与铟团簇的电离能和电子亲合能与已有的实验数据符合的非常好，证明了我们所用方法的合理性，特别是对铟(Inn)团簇的理论结果在团簇研究中是首次报道。氮化镓作为重要的半导体材料得到很多人的关注，然而氮化镓团簇的研究依然不够成熟。本文研究了镓团簇掺杂一个氮原子后团簇的结构及电子特性。通过密立根电荷分析发现GanN团簇的成键类型随着团簇尺寸的增长逐渐由离子键过渡为共价键。当n<11时，GanN最低能量结构均是N原子位于中心的构型；n≥11时，GanN最低能量结构与相应尺寸的纯镓团簇的结构已经基本相同。在电子特性的分析中，Ga8、In8、Ga3N呈现出超强的稳定性，表现出团簇幻数特征。

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作者
高礼静;
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作者单位

南京航空航天大学;

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授予单位南京航空航天大学;
学科凝聚态物理
授予学位硕士
导师姓名施大宁;
年度 2007
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 O493;
关键词
团簇结构; 遗传算法; 密度泛函; 镓; 氮化镓; 铟;

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