Nb_2Si_n^-(n=1～6)团簇的几何构型、电子性质和磁性的理论研究

A density functional investigation of Nb_2Si_n^-(n=1～6) clusters

运用密度泛函方法在(U)B3LYP/LanL2DZ水平上研究了Nb2Sin-(n=1~6)团簇的几何结构和电子性质.结果发现Nb2Sin-(n=1~6)团簇只是在相应的Nb2Sin团簇的结构基础上发生了微小畸变.其中Nb2Si-6团簇结构变化较为严重.对平均束缚能和分裂能的研究发现,Nb2Sin-(n=1~6)团簇的平均束缚能和分裂能均明显高于相应的Nb2Sin团簇,表明增加一个电子可以提高Nb2Sin(n=1~6)团簇的稳定性.通过对最低能构型的分裂能的研究发现,Nb2Si-3团簇和Nb2Si3团簇分别是Nb2Sin-和Nb2Sin(n=1~6)团簇中所有最低能构型中最稳定的.对电荷自然布局的研究发现,在Nb2Sin-(n=1~6)团簇中出现了电子反转.而对于Nb2Sin(n=1~6)团簇,当n=4~6时出现电子反转现象,n=1~2时电子转移符合常规.对HOMO-LUMO能隙的研究结果表明,除了n=1,6外,其余Nb2Sin-(n=2~5)团簇最低能结构的HOMO-LUMO能隙均小于相应的Nb2Sin团簇,说明在这些团簇中增加一个电子增强了团簇的化学活性,但是当n=1、6时增加一个电子,该团簇的化学活性反而降低了.对于Nb2Sin-(n=1~6)团簇来讲,Nb2Si-2和Nb2Si-5团簇分别成为Nb2Sin-(n=1~6)团簇中化学稳定性最强和化学活性最强的.且Nb2Sin-(n=1~6)团簇呈现半导体属性.对磁矩的研究结果表明,Nb2Sin-(n=1~6)团簇的最低能结构的总磁矩均为1.00μB,两个Nb原子的局域磁矩方向,除了Nb2Si5-团簇有一个铌原子与总磁矩相反外,其余均与总磁矩方向相同.说明各团簇中两个铌原子和硅原子对磁矩的贡献不同,方向也不完全相同.

The geometric structures and electronic properties of the Nb2Sin^-（n=1～6） clusters are investigated computationally by density functional method at the （U）B3LYP/LanL2DZ level. The results indicate that the lowest-energy structure of Nb2Sin^-（n=1～6） clusters keeps the similar framework as the lowest-energy structure of the corresponding neutral clusters, except n= 6. The calculated atomic averaged binding energies and fragmentation energies manifest that the thermodynamic stability of Nb2Sin^- clusters is stronger than that of the corresponding Nb2Sin^-（n=1～6） clusters. The HOMO-LUMO gaps manifest that the chemic stable of Nb2Sin^- clusters is stronger than that of the corresponding Nb2Sin^-（n=1～6）clusters and the Nb2Sin^-（n=1～6） clusters are semiconductor, and the total magnetic moments and the local area magnetic moments indicate that total magnetic moment of every Nb2Sin^-（n=1～6） cluster is 1.00μB, and the Nb atoms in the different clusters play different roles.