钠原子团簇性质的理论研究

本论文介绍了近五年来，对钠原子团簇的理论研究中所取得的一些有意义的结果，以及在碳团簇研究方面的初步进展。在电子基态条件下，利用距离相关的紧束缚的分子动力学模型(DDTB—MD)系统研究了钠原子团簇Na_n的结构、振动、热力学、碰撞动力学等方面的特性。在团簇Na_２、Na_3、Na_4、Na_5的结构和振动研究中，发现在低温时，钠原子团簇象刚性分子一样，会呈现出固有的振动本征谱，振动谱与原子团簇的结构密切相关，不同的异构体的振动谱可以有很大的差别，通过某一团簇的振动本征谱能够重建团簇的几何形状，可作为实验上决定原子团簇结构的探针。在实验上测量的原子团簇并非都是冷的，有时原子团簇会热到足以熔化。在对原子团簇Na_4、Na_8、Na_(20)这些有限多体在有限温度下的相变研究中，发现在钠原子团簇中普遍存在着类固-类液相变现象。在O-400 K温区系统研究了Na_4的异构化，发现当T≥100 K时，存在C_(3v)和D_(2h)两种异构体之间的转变。同时，发现当T>200 K时，D_(2h)结构的Na_4出现一种新的运动模式-赝转动。赝转动前后，分子的结构不变，只是宏观取向发生改变。通过跟踪体系势能的变化，提取出赝转动势垒为O．023 eV。对第一个满壳(Na_8)附近Na_7+Na_7、Na_8+Na_8及Na_9+Na_9体系的团簇碰撞动力学性质进行了系统性研究，深入理解团簇之间的非区域力和多种运动的耗散效应，提取了双团簇分子(Na_9)_2的特征振动频率24 cm~(-1)。利用目前计算机模拟实验中最先进最重要的第一性原理分子动力学方法(FHl96MD)优化了Na_2的键长5.789 Bohr，模拟了Na_2的分子动力学，提取了Na_2振动频率235 cm~(-1)。并在FHI96MD的基础上，发展了一个在离子基态条件(冻结离子运动)下，描述复杂凝聚态体系的电子动力学的时间相关的局域密度近似(TDLDA)模型。这个模型被成功地应用于Na_2价电子对高强度超短脉冲激光的响应、强激光场中团簇Na_2的谐波产生的研究。在电子基态条件下，发展了一个经典分子动力学模型(CMD)用于研究碳富勒烯、纳米碳管的结构、热力学性质。研究了纳米碳管中封装C_(60)链的形成。关键词：紧束缚分子动力学，时间相关的局域密度近似，钠团簇，碳纳米管