一种适于大尺度复杂纳米体系材料模拟的半经验哈密顿方法

本文综述介绍了近来发展的一种具有可靠性、普适性和预测性的半经验哈密顿方法.该哈密顿在原子轨道的线性组合(LCAO)框架下同时引入了电荷自洽及环境因素(SCED),称之为SCED-LCAO哈密顿.由于SECD-LCAO哈密顿囊括了电荷自洽重组、电子屏蔽效应以及多体环境的影响,使得该方法可以更加准确地描述在复杂结构重组中化学键的成键与断键过程.其动力学计算可用于模拟大尺度复杂纳米体系的结构特性、电子性能以及复杂结构的重组过程.我们已经用此方法成功地解释了不同种类碳团簇纳米结构的相对稳定性和bucky-diamond结构碳团簇的热力学相变,揭示了碳管生长的初始机理,系统地研究了碳化硅纳米线的构型与能量之间的关系及其电子性能,发现了碳化硅笼状结构的特征,尤其是碳化硅笼状结构的动力学自动组装功能,并预示了bucky-diamond结构的碳化硅团簇存在的可能性.最近,该方法引入了与环境关联的轨道占据因素,并成功地运用到研究具有三价电子特性的多构硼元素体系中,准确地描述了硼元素的复杂化学成键特性、同类异性结构以及不同种类硼团簇纳米结构的相对稳定性.