氢、氮、铍、锂原子在缺陷富勒烯C_x(X=58～62)中的吸附与渗透

碳富勒烯包合物由于潜在的应用前景受到广泛关注.我们采用第一性原理方法计算了氢、氮、锂、铍原子在不同碳富勒烯中的吸附和穿越.根据原子在不同碳富勒烯笼中的势能曲线,我们给出了原子穿越碳富勒烯笼的势垒和势阱,归纳出原子穿越碳笼机理分为插入机理、渗透机理以及插入机理和渗透机理的混合机理.     

氢、氮、铍、锂原子在缺陷富勒烯CX（x=58-62）中的吸附与渗透

碳富勒烯包合物由于潜在的应用前景受到广泛关注。我们采用第一性原理方法计算了氢、氮、锂、铍原子在不同碳富勒烯中的吸附和穿越。根据原子在不同碳富勒烯笼中的势能曲线,我们给出了原子穿越碳富勒烯笼的势垒和势阱,归纳出原子穿越碳笼机理分为插入机理、渗透机理以及插入机理和渗透机理的混合机理。     

2004年第5期《物理》内容预告

研究快讯能量与空间分辨的单分子显微术———透过碳笼“看”富勒烯　包合物内的金属原子(王炜华等) ;绝对测量He原子快电子碰撞双激发的电子关联动力学(刘　小井等) .评述半导体量子点及其应用(Ⅱ) (赵凤瑷等) .前沿进展光子晶体光纤及其应用(赵玲慧等) ;GeSbTe与AgInSbTe体系     

硼、氮原子的掺杂对单个苯环的电子结构与传输特性的影响

采用基于密度泛涵理论的第一性原理和非平衡格林函数方法研究了硼、氮原子的掺杂对于苯环的电子结构与电子传输特性的影响.结果显示硼、氮原子的掺杂明显改变了C_(32)分子的电子结构和电子传输特性,硼原子的掺杂明显增强了苯环的电子传输特性,而氮原子的掺杂却明显降低了苯环的电子传输特性.同时分析了产生这些现象的原因.计算结果还显示随着外加偏压的增大,苯环的电子传输性能逐渐减弱.     

硼、氮原子的掺杂对单个苯环的电子结构与传输特性的影响

采用基于密度泛涵理论的第一性原理和非平衡格林函数方法研究了硼、氮原子的掺杂对于苯环的电子结构与电子传输特性的影响．结果显示硼、氮原子的掺杂明显改变了C32分子的电子结构和电子传输特性特性,硼原子的掺杂明显增强了苯环的电子传输特性,而氮原子的掺杂却明显降低了苯环的电子传输特性．同时分析了产生这些现象的原因．计算结果还显示随着外加偏压的增大,苯环的电子传输性能逐渐减弱．     

二维硼氮在过渡金属表面成核过程的第一性原理研究

二维硼氮成功地应用于构筑石墨烯纳米器件,然而其生长机制仍未受到充分的探究.本文使用基于密度泛函理论的计算方法,发现与镍（111）面相比,铜（111）表面更适用于作为二维硼氮生长的衬底.并且,随着硼氮原子的对数增加,其结构由一维的链状向二维的环状演变的过程.计算结果显示,这一结构相变发生在硼氮原子对数为5对时,二维环状结构随着硼氮原子对数的增加而趋于稳定.这一发现将有助于实验上更好地控制二维硼氮的生长过程.     

C60富勒烯及其非经典衍生物:C58,C59和C62的第一性原理计算

利用密度泛涵理论对具有四元环、五元环、六元环、七元环、八元环和九元环等的C60富勒烯及其非经典衍生物:C62,C60,C59和C58共8个笼状分子进行了结构优化和电子结构计算,得到平衡构型下的结合能、HOMO-LUMO能隙、电离能、电子亲和能.对具有缺陷环的富勒烯,还研究了H2分子的贯穿行为,讨论了贯穿势垒与缺陷环尺寸的关系.     

二维硼氮在过渡金属表面成核过程的第一性原理研究（英文）

二维硼氮成功地应用于构筑石墨烯纳米器件,然而其生长机制仍未受到充分的探究.本文使用基于密度泛函理论的计算方法,发现与镍(111)面相比,铜(111)表面更适用于作为二维硼氮生长的衬底.并且,随着硼氮原子的对数增加,其结构由一维的链状向二维的环状演变的过程.计算结果显示,这一结构相变发生在硼氮原子对数为5对时,二维环状结构随着硼氮原子对数的增加而趋于稳定.这一发现将有助于实验上更好地控制二维硼氮的生长过程.     

硼-碳和硼-氮量子点器件的输运特性研究

用第一性原理研究了硼-碳和硼-氮量子点器件的输运特性以及电流电压特性.研究结果表明相同数量原子组成的硼-碳和硼-氮器件其输运特性及电流电压特性有很大差别.硼-碳器件在Fermi能附近有较大的态密度,而硼-氮器件的能级在Fermi能附近有很大的间隙,Fermi能位于间隙中.从电流特性中可以看出,硼-碳器件表现出导体的特性,而硼-氮器件表现出半导体的特性.     

过渡金属富勒烯化合物V_xC_(60)的Raman光谱

研究了金属富勒烯化合物 Vx C6 0 的 Raman光谱。通过比较不同金属原子含量 ( x=1 .44,2 .65,4.35,1 1 .2 )样品的 Raman光谱 ,发现过渡金属 V的原子与 C原子之间出现键合。当金属含量较高时 ,这种碳笼结构的金属富勒烯化合物转变为金属碳化物。     

笼形团簇的光动力学研究

笼形团簇的光动力学研究团簇研究是一个新兴的多学科交叉研究领域，由于它在基础及应用研究中起着愈来愈重要的作用，已受到各国科学界的普遍重视。作为团簇中的一个特别，笼形团簇是最近三年才出现的，富勒烯团簇、Ｍ８Ｃ１２团簇、氮硼复合团簇、理论预测的Ｓｉ６０等，...     

密度泛函理论研究硼掺杂富勒烯和锌卟吩间的准化学键相互作用 (cited: 1)

利用密度泛函(wB97XD/6-31G(d))对硼掺杂富勒烯C₅₉B和锌卟吩形成的超分子复合物C₅₉B-ZnP及其阴离子C₅₉B^{^-}-ZnP进行了研究. 结果表明硼掺杂富勒烯与锌卟吩间有强烈的相互作用,在C₅₉B-ZnP复合物中,富勒烯上的B原子与锌卟吩的N原子间形成准化学键相互作用. 与硼掺杂富勒烯的相互作用导致锌卟吩的电子吸收发生显著红移.     

能量与空间分辨的单分子显微术--透过碳笼"看"富勒烯包合物内的金属原子

文章作者用探测扫描隧道电流微分谱的方法，对金属富勒烯包合物分子进行了研究，得到了Dy@C82同分异构体Ⅰ的金属-碳笼杂化态在实空间的能量分布图，通过将实验与理论模拟的结果进行比较，推断出Dy原子在碳笼中的位置以及金属富勒烯包合物分子在衬底表面的吸附取向．这项技术为单分子纳米器件的表征和诊断提供了新的途径．     

硼氮原子取代掺杂对分子器件负微分电阻效应的影响

利用基于非平衡格林函数和密度泛函理论相结合的第一性原理计算方法,研究了硼氮原子取代掺杂对三并苯分子电子输运性质的影响.计算结果表明,三并苯分子器件的电流在特定偏压区间内随电压的增加而减小呈现出负微分电阻效应,电流的峰谷之比高达5.12.用硼原子或者氮原子取代分子的中心原子后,器件0.8V以内的电流明显增加,但是负微分电阻效应减弱,相应的电流峰谷比分别降至3.83和3.61.分析认为,输运系数在特定偏压下的移动是器件负微分电阻效应的主要成因.核外电子数的差异导致硼氮原子掺杂取代可以使器件轨道及其透射峰分别向高能方向或者低能方向移动从而有效地调控了器件的低偏压下的电子传输能力和负微分电阻效应.     

Density Functional Study of Physical and Chemical Properties of Nano Size Boron Clusters: Bn (n=13～20)

采用密度泛函理论B3LYP与6-311++G方法研究了硼簇B_n(n=13～20)的电子和几何结构、总能量、结合能、谐波频率、点对称性、电荷分布、偶极矩、化学键以及最高分子占据轨道和最低分子占轨道能量差．此外,借助第一和第二能级差确定最稳定的硼簇尺寸．研究表明硼簇几乎所有的物理性质有尺寸依赖性,双环管状结构的B₂₀具有最高平均结合能．内有一原子的二十面体结构的B₁₃不具有稳定构型,这种结构转变为开放式笼状．B₂₀出现二维到三维的结构转变．Mulliken分析表明电荷分布有x-z和y-z平面对称．硼簇的平面稳定性可以通过离域键(π键和α键)以及多中心键来解释．     

内掺过渡金属非典型富勒烯M@C22(M=Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) 几何结构、电子结构、稳定性和磁性的密度泛函研究

采用密度泛函理论中广义梯度近似对非典型富勒烯C₂₂和过渡金属内掺衍生物M@C₂₂(M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co和Ni)的几何结构和电子结构进行计算研究.发现非典型富勒烯C₂₂的基态结构是含有一个四碳环的单重态笼状结构.过渡金属原子的掺入明显提高了体系的稳定性. C-M键既有一定共价性又有一定离子性.磁性、能级图、轨道分布和态密度图分析表明: M原子的3d轨道和碳笼的C原子的原子轨道之间存在较强的轨道杂化. Ti, Cr, Fe和Ni内掺的结构出现磁性完全猝灭现象. Sc和碳笼间是弱反铁磁作用, V,Mn和Co与碳笼间是弱铁磁作用.     

掺杂石墨烯吸附特性的第一性原理研究

利用第一性原理方法研究了一氧化碳分子在本征和硼、氮、铝、磷掺杂的有限尺寸石墨烯上的吸附机理.结果表明,石墨烯作为一氧化碳传感器时的性能依赖于掺杂元素.本征、硼和氮掺杂石墨烯吸附一氧化碳时的吸附能较低,为物理吸附.铝、磷掺杂石墨烯的吸附能显著提高,比本征、硼和氮掺杂时高出约一个数量级,且铝和磷原子从石墨烯中突出,使其发生局部弯曲.铝掺杂石墨烯增强了石墨烯与一氧化碳分子之间的相互作用,可以提高石墨烯的气敏性和吸附能力,是一氧化碳传感器的最佳候选材料之一.     

5d过渡金属原子吸附氮化硼纳米管的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了氮化硼纳米管六元环中心吸附5d过渡金属原子后体系的几何结构,电子结构和磁性性质.研究发现,吸附原子向一个氮原子或硼原子偏移;吸附体系在费米能级附近出现明显的杂质能级;各个体系的总磁矩随原子序数出现规律性变化,局域磁矩主要分布在吸附原子上.     

5d过渡金属原子吸附氮化硼纳米管的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 研究了氮化硼纳米管六元环中心吸附5d过渡金属原子后体系的几何结构, 电子结构和磁性性质. 研究发现, 吸附原子向一个氮原子或硼原子偏移; 吸附体系在费米能级附近出现明显的杂质能级; 各个体系的总磁矩随原子序数出现规律性变化, 局域磁矩主要分布在吸附原子上.     

双磁性中心内嵌富勒烯Y_2C_2@C_(82)-C_2(1)中的超快自旋动力学行为

自旋翻转和自旋转移是实现基于内嵌富勒体系自旋逻辑功能器件设计的先决条件.本文以双磁性中心内嵌富勒烯Y_2C_2@C8_2-C_2(1)体系为例,采用第一性原理计算方法,结合Λ进程理论模型和自编的遗传算法程序,在该内嵌富勒烯体系中分别实现了亚皮秒时间尺度内的自旋翻转和自旋转移过程.计算结果表明,优化后的内嵌Y_2C_2团簇结构和实验得到的各项数据基本吻合,并且会对外部的C8_2-C_2(1)笼结构产生一定的排斥力,但由于富勒烯笼状结构具有很强的稳定性,所以整个体系仍然保持碳笼结构的完整性.通过对自旋密度分布与激光脉冲作用下自旋期望值演化的具体分析,经由Λ进程的自旋翻转是基于两个Y元素的整体自旋翻转;自旋转移则源自两个磁性中心以及碳笼之间在激光脉冲作用下的自旋密度重新分布.本文结果揭示了Y_2C_2@C8_2-C_2(1)体系中的超快自旋动力学机理,可望为基于实际内嵌富勒烯分子的自旋逻辑功能器件设计提供理论依据.