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fe-ni混合团簇基态结构的遗传算法研究

Fe-Ni混合团簇基态结构的遗传算法研究

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作者：戈禄慧新疆大学

学位级别：硕士

团簇作为微观原子分子和宏观固态物质之间的一种过渡状态,有着许多特殊性质。铁、钴、镍团簇作为过渡金属团簇在磁性和催化等方面具有独特的性质因此引起学者们的广泛关注。然而其混合团簇更可以通过在纯组分团簇中掺杂来提高单质团簇... 详细信息

团簇作为微观原子分子和宏观固态物质之间的一种过渡状态,有着许多特殊性质。铁、钴、镍团簇作为过渡金属团簇在磁性和催化等方面具有独特的性质因此引起学者们的广泛关注。然而其混合团簇更可以通过在纯组分团簇中掺杂来提高单质团簇的相对稳定性并改变其性质。近年来,科研工作者已经开始关注feni混合团簇的结构与物性,目前对fennim（n+m=13,38）基态几何结构详细研究尚未见报道。本文采用半经验的Gupta多体势结合遗传算法对不同组分的fennim（N=n+m, N=13,38）混合团簇的基态结构和性质进行了模拟研究。结果显示: 1.对于13原子不同组分的fennim混合团簇,基态几何构型均呈现为类似于单质团簇的二十面体结构,并且混合团簇中fe原子首先占据二十面体结构的中心位置,表现出较强的规律性;2.对38原子fennim混合团簇,基态几何构型存在着截角八面体和类截角二十面体构型间的竞争:在轻混合程度（类掺杂）时（ n≤15, 34≤n≤38）,混合团簇基态几何构型为与纯的fe38（ni38）团簇基态结构相类似的截角八面体构型,而在重混合（n=16-33）情形时混合团簇基态呈现出类截角二十面体构型;3. fe1ni12、fe7ni31及fe14ni24具有相对高的稳定性,可视为幻数结构团簇,对此,我们提出了基于有效键数的简化模型加以解释。

关键词： fe-ni团簇基态几何结构遗传算法

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低膨胀fe-ni合金因瓦效应的原子尺度机理及其团簇的热膨胀

低膨胀Fe-Ni合金因瓦效应的原子尺度机理及其团簇的热膨胀

引用

作者：付程瑞山东大学

学位级别：硕士

fe-ni因瓦合金在室温下有着接近零的线膨胀系数,自被发现以来就在生产和生活的各个方面得到了极为广泛的应用。同时,因瓦效应的机理也受到科学家们的关注并被大量研究,但是迄今为止仍然没有一个被广泛认可的解释。探索因瓦效应的机理可... 详细信息

fe-ni因瓦合金在室温下有着接近零的线膨胀系数,自被发现以来就在生产和生活的各个方面得到了极为广泛的应用。同时,因瓦效应的机理也受到科学家们的关注并被大量研究,但是迄今为止仍然没有一个被广泛认可的解释。探索因瓦效应的机理可以扩大因瓦合金的应用范围,深化人们对材料磁性和电子结构的理解,在理论和应用上都有着极为重要的意义。本文结合第一性原理计算和经典分子动力学模拟,对fe-ni因瓦合金低膨胀的原子尺度机理和fe-ni团簇的热膨胀性质进行了研究。本文的主要内容如下:(1)利用第一性原理计算研究了 fe-ni因瓦合金磁体积效应的原子尺度机理,分析了原子结构与磁矩的关系以及磁矩与体积的关系。发现fe原子的磁矩会随着最近邻fe原子的增多而下降,但ni原子磁矩与最近邻fe原子个数间没有规律性的关系;fe原子磁矩下降或从铁磁态变为反铁磁态会造成合金体积减小的趋势,但ni原子的磁矩变化不会对合金的体积造成影响,fe-ni因瓦合金的磁体积效应主要来源于面心立方(FCC)fe。(2)利用经典分子动力学模拟研究了 fe-ni因瓦合金的原子结构和原子尺度热膨胀。原子结构分析表明fe和ni原子之间存在着较强的相互吸引,位于局域富fe区中的fe原子占全部原子个数的约14%,并且这一比例会随着温度升高而上升;对化学键的热膨胀系数计算表明,fe-ni键是三种化学键中最短而且热膨胀系数最小的,并且在数量上占全部键对的大约一半,完全可以主导因瓦合金的性质,fe-ni键对反常小的线膨胀系数有着重要贡献。(3)研究了 fe-ni团簇的结构、磁性以及热膨胀性质,发现所有的13原子fe-ni团簇均为二十面体结构,团簇的键长随着团簇中ni原子增多而减小,表面原子间的键长大于中心与表面原子间的键长;对磁性的分析表明表面原子的磁矩大于中心原子的磁矩,并且仅fe13团簇存在明显的磁体积效应;对团簇热膨胀率的计算表明fe13团簇的热膨胀相对其他团簇反常地小,经过分析认为这一现象与它的磁体积效应有关,是因瓦效应在团簇尺度的表现。

关键词：因瓦合金 fe-ni团簇磁体积效应原子结构热膨胀

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