中文摘要：

半导体纳米微粒和纳米线的生长、组装及测量研究在材料研究领域中具有突出地位。我们拟采用紧束缚势方法结合分子动力学和基因算法来研究与半导体功能纳米材料密切相关的一元Si, Ge, 二元Si/Ge, Si/O原子团簇及Si表面上的Si，Ge团簇，揭示Si，Ge，Si/Ge，Si/O团簇的几何生长模式（尤其在原子数约为30的行为），利用DFT + 准原子最小基方法研究团簇的电子光学特性和反应活性、以及它们随体系大小的变化关系。本项目研究将采用的主要计算方法-紧束缚势分子动力学和基因算法-是目前计算大团簇，纳米材料及表面的重要工具。建立适用于固体及团簇等不同结构体系的新的紧束缚势模型也是本课题的重要研究内容。为了更好的描述团簇中复杂的相互作用，我们将引入三中心相互作用和建立准原子最小基表示下的哈密顿矩阵元数据库等手段来获取精确的Si，Ge，Si/Ge，Si/O

结论摘要：

半导体,金属,碳团簇的研究在材料基础研究领域占有重要的地位。在本课题中,我们系统研究了Si,Ge,Al,C,B中小型团簇,和Si,Al氧化物等两元团簇的结构和特性。同时我们在计算方法上逐步改进，由最初的DFT计算方法过渡到遗传算法/紧束缚势+DFT计算的组合算法，它的建立大大提高了搜索团簇最稳定结构的可靠和有效性。通过计算研究, 初步揭示了Si,Ge,Al,Si/O,Al/O等中小型团簇的几何结构生长模式,证实Si中型团簇的结构随原子数的增多将由小团簇堆积而成的长条型在26-31附近向实心笼形转变，而中型的Ge 团簇在n=17-33范围内均是由小团簇堆积而成的长条型（实验上发现笼形结构出现在n=64 以后）。对比之下，Al 团簇结构在 n=23 以上就开始显示出体结构的特征。对Si/O和Al/O团簇的研究表明在 (SiO2)n 在 n=7 将由一维棒状结构转变成二维盘状结构; 而(Al2O3)n (n<6) 笼型结构在 n=6 时将转化成双笼状; 在n=10 时将转化成洋葱状。探讨团簇的结构模式和特性随尺度大小变化的规律可为揭示相应纳米材料的生长机理提供很有价值的理论信息。