1、團簇具有與體塊材料顯著不同的物理化學(xué)特性，在合成納米材料和微納器件等應(yīng)用方面己顯示廣泛的應(yīng)用前景，而從基礎(chǔ)研究的觀點來看，團簇是介于人們已經(jīng)廣泛研究的原子分子微觀體系和宏觀層次之間的一個新領(lǐng)域。雖然到目前為止，人們已經(jīng)發(fā)明了多種制備團簇的方法，并且已制備出各種各樣的團簇粒子，然而對團簇粒子的實驗觀測及表征卻面臨很大困難，因此相關(guān)的理論研究尤其顯得重要。目前，團簇理論研究主要集中在三個方面：1)快速的尋找團簇最低勢能構(gòu)型及其異構(gòu)體；2)描

2、寫團簇生長的動力學(xué)過程：3)預(yù)測團簇的物理化學(xué)性質(zhì)。本文主要在前兩個方面開展工作，目標在于從原子分子水平上獲得團簇形成過程中的物理信息，包括尋找團簇異構(gòu)體的方法研究、描寫氣相條件下團簇生長的動力學(xué)過程以及尋找在給定生長條件下預(yù)測各種異構(gòu)體產(chǎn)額的普適判據(jù)。 本文以C36團簇為具體研究對象，建立了較系統(tǒng)的研究氣相團簇生長的動力學(xué)方法。首先，基于經(jīng)典的郎之萬阻尼方程，建立了一套尋找團簇異構(gòu)體的經(jīng)典力學(xué)方法。在該方法中，引入時間倒流的思

3、想，使到達勢能極小值的團簇可以從勢谷中跳出而進入其它極值點，從而實現(xiàn)全局優(yōu)化之目的。應(yīng)用該模型，我們計算了經(jīng)驗Brenner勢函數(shù)對應(yīng)的C<,36>團簇的異構(gòu)體譜，并應(yīng)用第一性原理進一步優(yōu)化了具有較低經(jīng)驗勢能團簇的結(jié)構(gòu)。與前人所得到的各種結(jié)果比較，表明我們的方法快速得到了最穩(wěn)定構(gòu)形。在此之后，我們應(yīng)用經(jīng)典動力學(xué)模擬了He氣氛中36個孤立碳原子在2300 K溫度下的凝聚過程，特別是應(yīng)用一種模擬技巧將分子動力學(xué)有限時間的模擬結(jié)果拓展到了無限

4、長時間的平衡態(tài)，發(fā)現(xiàn)C<,36>小團簇的各種異構(gòu)體在幾百納秒之內(nèi)即可以達到動態(tài)平衡，在此過程體系并不總是沿最低勢能路徑進行，具有較高勢能的異構(gòu)扮演重要角色；對動力學(xué)模擬數(shù)據(jù)的統(tǒng)計表明，我們尋找異構(gòu)體的方法得到了最穩(wěn)定異構(gòu)體以及產(chǎn)額較大的異構(gòu)體。 本文最重要的工作是考察自由能判據(jù)能否直接應(yīng)用于小團簇的生長過程。為此我們仔細分析了團簇生長過程中各種異構(gòu)體的競爭機制，認為在氣相生長條件下雖然可同時產(chǎn)生成千上萬個團簇，但異構(gòu)體的競爭過程

5、僅僅發(fā)生在一個微觀動力學(xué)體系中。針對該微觀體系，本文由自由能的基本定義出發(fā)建立了計算自由能的經(jīng)典模型，并在Brerlner相互作用勢中計算了C<,36>團簇體系中出現(xiàn)幾率較大的異構(gòu)體和具有代表性的碗狀、平面狀、不規(guī)則形狀異構(gòu)體的自由能。與實際動力學(xué)的模擬結(jié)果進行比較發(fā)現(xiàn)，雖然動力學(xué)最可幾的異構(gòu)體具有最低自由能，但其它異構(gòu)體的動力學(xué)幾率并不能完全用自由能分布很好的解釋。我們也嘗試用Slanina基于自由能分布的理論公式，但仍然不能解釋我們