zn_no_nn=1-13团簇的结构 稳定性及cu掺杂效应的理论分析

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1、浙江大学硕卜学位论文致谢致谢本论文是在我的导师宋斌副教授的悉心指导、热情关怀和具体帮助下完成的。导师渊博的知识、开放的思维方式、科学严谨的治学态度，使我受益非浅，将对我今后的学习和工作产生深刻的影响。更为可贵的是导师的平易近人，处处为学生着想，努力帮我们解决方方面面的问题，使我们在研究生期间健康快乐的成长。能有这样的导师，我感到无比的荣幸和自豪。在此，向我得导师谨致以诚挚的感谢和衷心的祝福!感谢物理系曹培林教授、鲍世宁教授、何玉模教授、李海洋教授、潘国卫老师和陈星老师，他们对我的关心和帮助，使我能够顺利

2、的完成研究生学业。感谢本实验室的侯晋豫、雍永亮、杨卫蝉和周军同学，几年来与他们在生活和学习上的合作非常愉快。感谢我得父母、亲友在我近二十年的学习生涯中对我的无私关怀和支持，我取得的每一份成绩都离不开他们的鼓励和奉献。感谢所有给予我关心和帮助的老师、同学和朋友。王真二零零九年五月于求是园浙江大学硕士学位论文摘要摘要近年来随着相关理论和数值算法的飞速发展，使得基于密度泛函理论的第一性原理方法成为凝聚态物理、量子化学和材料科学中的重要计算手段。zno是继GaN之后又一具有优良物理性能的多功能材料，在发光二极管

3、、激光器、压电材料、化学传感器、太阳能电池等方面具有广阔的应用前景，近年来zno团簇及其掺杂过渡金属的纳米材料相继被合成，并在很多领域展现出了潜在的应用前景。为了更透彻的了解zno团簇的结构及其掺杂以后的特性，本论文采用全势能线性Muffin一tin轨道分子动力学(FP一LMTOMD)方法和DMOL3方法相结合对Znno。(n一1一13)团簇的结构、稳定性及其Cu掺杂效应进行了深入的研究。在几何结构方面，我们对Znllo。(n一1一13)团簇的初始结构进行了大量计算，发现了一些新的基态结构，有一些基态结

4、构与前人的报道相同。理论计算结果显示ZnnO。(n一1一13)团簇的结构随尺寸n的增长呈现出一定的规律性。当n《7时，ZnnO。团簇的最低能量结构为zn一O交替排列的环状平面结构，从n一9开始Znno。团簇的基态结构开始变为三维笼状结构，n一8为管状结构可看成是平面到三维笼状结构的过渡状态。在电子结构和稳定性方面，ZnnO。团簇的总结合能随着尺寸n的增加单调增加，Zn。0。团簇平均每个原子的结合能和能量的二阶差分计算分析表明n一3，9，12时ZnnO。团簇拥有更高的稳定性。此外研究还发现当n)3时，团簇

5、具有较大的HOMO一LuMO能隙。在Cu掺杂znno。团簇方面，我们选择n一3，9，12的zn旧。团簇的基态结构为基进行Cu掺杂，通过改变Cu的掺杂数目观察其结构及磁性的变化规律。结果发现单个Cu原子掺杂的Znno。团簇结构均展现出磁性，磁矩大小均为1林B，通过Mu125kenPopulation分析，我们发现磁性主要来源于Cu的3d态和0的2P态的极化。对于两个Cu原子掺杂的znno。团簇，由于Cu一Cu之间的相互作用，其磁性消失。关键词:zn泊。团簇Cu掺杂磁性稳定结构浙江大学硕卜学位论文Abstr

6、actAbstraCtWiththerapidProgressindensityfunetionaltheory(DFT)anditsnumeriealmethods，First一PrinciPleealeulationbasedonDFThasbeeomeavitalmethodforeondensedmatterPhysies，quantumehemistryandmaterialseience.ZnO15amulitifunctionalmaterialwhiehhasexeellentPerfo

7、rmaneeinvariousasPeet.IthasattraetedeonsiderableattentionduetoitsuniquecombinationofmaterialProPertiesandwiderangeofapPlicationstolight一emittingdiodes，laser，Piezoeleetriematerials，ehemicalsesors，solareellsand50on.ReeentlyZnOelustersandits3dtransitionalme

8、taldoPingnanostruetureshavebeensynthesizedandeXhibitsPotentialProsPeetsinmanyareas.Inordertofindthes加cturalProPertiesofZnnO。elustersandtheirdoPingmeehanism，wehaveinvestigatedthegeometricalandeleetricalstrUctUresofZnnO。(n=l