Mg4B10团簇笼状结构的密度泛函理论的研究.pdfVIP

∗ Mg B 团簇笼状结构的密度泛函理论研究 4 10 *1,2 2 1 2 陈玉红 ，康龙 ，张材荣 ，罗永春 1 （兰州理工大学 物理系，兰州，730050，chenyh@lut.cn 2兰州理工大学 甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，兰州，730050 ） 团簇的性质既不同于块体材料，又不同于其组成单体，具有明显的尺寸依赖性。团簇结构与性 质的研究对于理解物质从微观到宏观的过渡具有重要作用，由于其特殊的物理化学性质，团簇研究 已引起物理、化学和材料等领域的广泛兴趣。2001 年 1 月，东京 Aoyama Gakum 大学的 Jun Akimitsu 教授宣布了 MgB [1] 2 的高温超导电性，并在著名的学术刊物《自然》杂志上报道了这一发现 。MgB2 具有简单化学组成和晶格结构，而超导转变温度 T 达到 39K，MgB 一时引起物理界普遍的关注和 c 2 兴趣，并成为超导研究新的热点。几年以来，世界各国的研究人员使用各种现代化的研究手段，对 MgB2 超导体的物理性质进行了实验和理论研究[2-18] 。但对 MgB2 团簇的研究很少，仅有文献[11]分 别运用 QCISD/6-311G*和 CCSD(T)/cc-pVTZ 两种方法对 MgB2 分子的稳定结构和振动特性进行了研 究；文献[18]运用密度泛函理论的 B3LYP/6-31G*方法对 MgmBn (m=1,2;n=1-4) 团簇的结构与性质进行 了研究。本文用密度泛函理论的B3LYP/6-31G*方法对 Mg4B10 团簇的笼状结构与性质进行了探讨。 1 研究方法 MgB [1] 的晶体结构为AlB 型六方结构 ，即由石墨蜂窝型结构的B层间插入六角密集排列的Mg原 2 2 子构成，空间群为P6/mmm 。根据MgB 块体的层状结构特性，设计了Mg B 团簇的层状结构（含2 2 4 10 个六元环组成的B原子层和两个Mg原子层），将团簇中间的两个B原子向远离中心的方向移动，得 到了Mg4B10团簇的初始结构。综合考虑计算量和精度，采用了密度泛函理论中的杂化密度泛函B3LYP 方法，在6-31G*基组水平上，用Gaussian 98程序对Mg4B10团簇的结构进行了优化。对稳定结构的振 动特性、成键特性、极化率和超极化率等性质进行了计算。 2 结果与讨论 2.1 Mg4B10 团簇的笼状结构 将所设计的Mg4B10 团簇的初始构型用B3LYP/6-31G*优化，所得稳定结构为笼状结构，如图1所 示，其各原子的坐标列于表1中。Mg4B10团簇笼状结构包括两个Mg原子层和一个B原子层，10个B原 子位于一个椭圆上。层间1B-11Mg键长为0.246nm ，3B-11Mg键长为0.233nm ；层内1B-3B键长为 0.155nm，3B-B6键长为0.156 nm，1B-4B键长为0.158nm，Mg-Mg键长为0.275nm 。这与文献[18]中B-B 键键长在0.153~0.182nm之间，B-Mg键键长在0.221~0.231nm之间，Mg-Mg键键长为0.286nm基本符合； 与实验结构分析[16]得出的MgB 晶体中B-B原子间距0.1782nm ，B-Mg原