若干半導體納米簇材料幾何結構和相關性質的理論研究.pdf

1、繼Kroto等于1985年在激光濺射石墨時發(fā)現了C<,60>富勒烯和日本的Iijima在1991年成功合成碳納米管之后，半導體納米團簇成為團簇科學領域研究的熱點，尤其以碳、硅、硼為基的半導體團簇，在電子學、光學、光電子學、熱學以及生物學等方面表現出許多新奇的現象，為科學、工程和技術的發(fā)展提供了新的契機。 隨著現代實驗技術的發(fā)展，越來越多的半導體納米簇被成功研制出來，但無法從實驗上獲得這些團簇的幾何和電子結構的全面微觀信息，因此理

2、論研究成為獲得團簇結構信息最有效的途徑，尤其是基于密度泛函理論的計算，可以對中等尺寸的體系得到精確度相當高的計算結果。目前，團簇的理論研究，一方面是針對小的團簇開展基礎性的研究，探索隨著團簇尺寸的增大，團簇如何從結構和特性上向體材結構演化。另一方面，是對團簇材料的研究，目的在于發(fā)現和預測特殊材料的特殊性質，從而對功能材料進行理論設計，推動納米團簇材料的發(fā)展。 基于以上兩點，本文利用密度泛函理論方法，對一系列碳、硅、硼為基的混合半

3、導體團簇，按照“由小到大逐級生長”的方法，從理論上設計和預測了它們的幾何和電子結構，尋找了這些團簇的基本結構單元、成鍵規(guī)則和生長機制。同時，對于B和AJ原子摻雜的碳納米管團簇材料，在原子和分子水平上研究了它們對若干氣體小分子的氣敏性能，探討了有關的微觀作用機理，獲得了控制其氣敏性的關鍵因素，為相關的實驗研究提供了一定的理論指導。 本文得到的主要創(chuàng)新性結果如下： 一、預測了碳硅富勒烯存在的可能性，并提出了通過在硅結構中均勻

4、摻雜碳原子來穩(wěn)定硅籠的新方法。 二、較為深入地研究了三元硅氧硫中性團簇，發(fā)現了比Krtiger報導的結構更為穩(wěn)定的最低能量構象，提出了這類團簇的增長規(guī)則，并首次系統(tǒng)地探討了陰陽離子簇的結構增長模式，發(fā)現用六元環(huán)和四元環(huán)作為基本建筑單元去構建連接無機相和有機相的新的雜化納米材料或更大的簇是可能的。 三、首次提出了富硼硼碳簇材料B<,n>C(n=1-7)和B<,n>C<,2>(n=1-6)的基態(tài)結構和增長規(guī)則。通過計算，發(fā)現