Publication|Photoelectron Spectroscopy and Density Functional Investigation of the Structural Evolution, Electronic, and Magnetic Properties of CrSin−(n=14−18) Clusters

【引言】

在纯硅（Si）团簇中掺杂过渡金属（TM）不仅可能增加其稳定性，还可能使其用于具有特殊性质的团簇组装材料。由于TMSi团簇在纳米材料和半导体中的潜在应用，在过去的二十年中，人们通过实验和密度泛函理论（DFT）计算对这种类型的团簇进行了深入的研究。由于缺乏高精度的实验数据，对n≥14尺寸的TMSin团簇的研究相对较少。基于此，我们采用高精度光电能谱并结合密度泛函理论对CrSi_nˉ(n=14-18)团簇的结构演化、电子和磁学性质进行了系统研究。

【成果简介】

通过遗传算法结合密度泛函理论对CrSi_nˉ(n=14-18)团簇的基态结构进行了广泛地搜索。通过对比实验和模拟的光电能谱确定了这些团簇的基态结构。尺寸n=14和n=15更倾向于笼状结构，而较大尺寸则更倾向于包裹Cr原子的类富勒烯笼状结构，额外的Si原子附着在笼表面。Hirshfeld分析表明，在所有团簇中Cr原子都充当电子供体，从而提高了笼中的电子数。研究还表明，除了CrSi₁₇ˉ中的Cr原子贡献了负磁矩外，其他所有团簇显示的1 μB的磁矩主要由Cr原子贡献。

【图文导读】

图1. CrSi_nˉ(n=14-18)团簇的实验（红线）和理论（蓝线）光电能谱对比图。

图2. CrSi_nˉ(n=14-18)团簇的低能异构体。黄色和灰色小球分别表示Si和Cr原子。

图3. CrSi14ˉ团簇的四个异构体在Pople-type基组和Karlsruhe-type基组的相对能量。

图4. CrSi_nˉ(n=14-18)团簇的实验和理论垂直电离能。

图5. CrSi_nˉ(n=14-18)团簇的平均结合能和HOMO-LUMO gap。

图6. CrSi_nˉ(n=14-18)团簇中Cr原子上的电荷分布。

【文章题目】

Photoelectron Spectroscopy and Density Functional Investigation of the Structural Evolution, Electronic, and Magnetic Properties of CrSi_nˉ(n=14-18) Clusters 论文通讯作者为马雷教授，第一作者为博士生王凯。相关研究成果刊登于The Journal of Physical Chemistry A，https://doi.org/10.1021/acs.jpca.1c09557