1、指導小組成員名單寧西京教授摘要自然界普遍存在的團簇是介于微觀原子分子與宏觀固體之間的物質結構新層次。團簇研究無論對于基礎物理理論的完善，還是對于人類生產(chǎn)實踐活動的指導都具有重要的意義。與體材料不同，團簇中原子數(shù)每增加或減少一個都可能對其原子分子結構產(chǎn)生重大影響，因此導致團簇各種奇特的物理化學特性。即便對于給定原子數(shù)的團簇一也可能存在多種異構體，對應豐富的物理化學特性。因此，確定團簇結構是團簇研究領域至關重要的一環(huán)。目前，人們己經(jīng)能夠利用

2、實驗方法制備和分離出給定原子數(shù)目的團簇，然而對小團簇(原子數(shù)介于10和100之間)結構的實驗表征依然十分困難，因此相應的理論研究便顯得尤其重要。在團簇的眾多異構體中，最可幾異構體(生長過程中出現(xiàn)概率最大的異構體)是人們最為關心的。然而，已經(jīng)持續(xù)了多年的理論研究至今尚沒有發(fā)展出普適的理論體系能夠準確預測室溫下最可幾異構體結構及其穩(wěn)定性(壽命)。事實上，團簇的氣相生長一般都經(jīng)歷從高溫度到室溫的演化過程。雖然平衡態(tài)統(tǒng)計物理已經(jīng)表明經(jīng)歷無限長時

3、間，最低勢能異構體出現(xiàn)概率最大，然而在有限長的實驗時間內(nèi)，最低勢能異構體未必是最可幾的。原則上，可以應用經(jīng)典的或量子的分子動力學方法模擬團簇的全部動力學過程，從而確定各種異構體的形成幾率。然而這樣的模擬應該能夠覆蓋團簇的實際生長時間(一秒)，這是目前的分子動力學模擬(最多可達微秒量級)遠不能覆蓋的時域。但是，我們組己有研究發(fā)現(xiàn)，在高溫環(huán)境中(例如2500K下的碳團簇)，各種異構體的轉換可在數(shù)百納秒時域內(nèi)達到平衡。因此本文將確定團簇各種異

4、構體的生成幾率問題轉化為:在高溫條件下形成的各種異構體在室溫條件下如何相互轉化，即確定從一種異構體轉化為另一異構體的時間。針一對上述問題，基于單原子統(tǒng)計物理模型，我們得到了團簇異構體相互演化所需時間與環(huán)境溫度的解析關系，并以Cl:團簇為例，利用分子動力學模擬，驗證了此關系的正確性。Cl:團簇的異構體主要有五種，其中雙環(huán)平面結構勢能最低，在2500K的生長條件下，我們的分子動力學(M。)模擬表明，平面單環(huán)結構的異構體生成凡率最大。應用我們