InnN,（n1～13）,團(tuán)簇的幾何結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)

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利用密度泛函理論中的廣義梯度近似（GGA）系統(tǒng)研究了InnN（n=1～13）團(tuán)簇的幾何構(gòu)型，穩(wěn)定性，電子性質(zhì)。結(jié)果說明，InnN團(tuán)簇n=1～2是線性的，n=3～5是平面形的，而n=6～13那么是三維布局。通過分析InnN團(tuán)簇的二階能量差分可以看到，最大的峰值展現(xiàn)在n=3、7、9處，說明這些團(tuán)簇的穩(wěn)定性較近鄰的其它團(tuán)簇要高，這與平均結(jié)合能的變化處境所得結(jié)論是一致的。通過Mulliken布居分析察覺，小的InnN團(tuán)簇具有些許的離子性。InnN團(tuán)簇的最高占據(jù)分子軌道與最低未占據(jù)分子軌道之間的能隙，垂直電離勢(shì)及電子親和勢(shì)都表現(xiàn)稀奇偶振蕩行為。總之，垂直電離勢(shì)隨團(tuán)簇尺寸的增加而減小，電子親和勢(shì)隨團(tuán)簇尺寸的增加而增大。

團(tuán)簇；密度泛函理論；幾何布局和電子性質(zhì)；穩(wěn)定性

TheGeometricalStructuresandElectronicPropertiesofInnN（n=1～13）cluster

LIYong

（HenanQualityPolytechnic，PingdingshanHenan467000，China）

UsingGGAsystemofdensityfunctionaltheorytoresearchongeometricalstructure，stability，andelectronicpropertiesaboutInnN（n=1～13）cluster.InnNclustern=1～2islinear，N=3～5isplanar，Whilen=6～13isathree-dimensionalstructure.ViatoanalyzesecondorderenergydifferenceofInnNcluster，wecanseethatthelargestpeakappearsatn=3，7and9，itillustratethatthestabilityoftheseclustersishigherthanotherclusterswhichareclosetotheseclusters，sotheconclusionisconsistentwithchangesituationofspecificbindingenergy.AfterresearchonMullikenpopulationanalysis，wecangetthatsmallerInnNclusterhassomeoftheionicproperties.Bandgapenergygap，VerticalionizationpotentialandElectronaffinitybetweenhighestoccupiedmolecularorbitalandlowestoccupiedmolecularorbitalofInnNcluster，allofthemshowedthatOddevenoscillationbehavior.Anyway，Verticalionizationpotentialdecreaseswithincreasingclustersize，Electronaffinityincreaseswiththeincreaseofclustersize.

Cluster；Densityfunctionaltheory；Geometricalstructuresandelectronicproperties；Stability

0引言

原子團(tuán)簇可看作各種物質(zhì)由原子分子向大塊物質(zhì)轉(zhuǎn)變過程中的特殊物相，引起了人們極大的興趣。III族氮化物，如BN，AlN，GaN和InN是很重要的半導(dǎo)體材料，在微電子和光電子領(lǐng)域均顯示出廣闊的應(yīng)用前景，這導(dǎo)致了人們?cè)诶碚摵蜏y(cè)驗(yàn)上對(duì)其布局、電子性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)的大量的研究。BN的電子譜已被理論和測(cè)驗(yàn)調(diào)查，并且基態(tài)布局已經(jīng)被確定[1-4]。隨著對(duì)凝結(jié)態(tài)物質(zhì)理論研究的系統(tǒng)和深入，以及AlN，GaN薄膜材料研究的進(jìn)展，對(duì)AlN，GaN團(tuán)簇以及以AlN，GaN為簇合物骨架系列的研究多有報(bào)導(dǎo)[5-7]。在理論方面，大量理論工計(jì)算了AlN[8-16]和GaN[11-24]團(tuán)簇的幾何布局和電子布局。

InN同其它的III族氮化物AlN和GaN相比，被認(rèn)為是低損耗高效電池、光學(xué)掩膜及多種傳感器的優(yōu)選材料[25]。相對(duì)于GaAs和GaN，InN具有優(yōu)越的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)電子輸運(yùn)特性，這些特性使得InN在高頻率，高速率晶體管的應(yīng)用上有著分外獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[26-27]。此外InN在太赫茲（THz）輻射中有很好的應(yīng)用前景，在熱光伏系統(tǒng)中那么可作為等離子體濾波器材料等[28-31]。Jonesetal.[32]利用分子束外延（MBE）技術(shù)生長(zhǎng)InN，并舉行了不同程度的Mg摻雜，結(jié)果Mg摻雜InN樣品內(nèi)部呈現(xiàn)出較強(qiáng)的p型特征。一些工[33-37]利用現(xiàn)代譜學(xué)測(cè)驗(yàn)方法來測(cè)量InN的帶隙。最近，Petravicetal.[38]通過軟X射線吸收譜研究了N缺陷InN的電子布局。盡管InN材料有好多優(yōu)良特性，然而這些研究主要集中在晶體材料上，這些材料在微電子和光電子等方面的應(yīng)用要求對(duì)其團(tuán)簇分子的物理和化學(xué)性質(zhì)有足夠的了解。然而關(guān)于InN團(tuán)簇的研究卻很少。ZhouandAndrews[6]采用用Laser-Ablated方法得到了InN、NInN和In3N團(tuán)簇的紅外譜圖。理論上對(duì)InN團(tuán)簇的報(bào)道也僅限于有限的幾個(gè)小的InnN（n=1～3）團(tuán)簇的研究。Kandalametal.在密度泛函理論的根基上運(yùn)用非局域密度