Monte Carlo 方法在预测Ni n (n=3-39)团簇结构和稳定性中的应用 采用Lennard-Jones plus Axilrod-Teller(LJ+AT)势能函数，通过Monte Carlo 方法模拟团簇的退火过程，可以研究了Ni n (n=3-39)团簇结构与团簇的稳定性。
1 研究方法
采用半经验势能函数的分子模拟中，最重要的是选择合适的相互作用模型。本文采用如下的Lennard-Jones plus Axilrod-Teller(LJ+AT)势能函数[1-3]：
)cos cos cos 1(])/()/[(3利维爱
21612jk ik ij k
traj i ij ij j i r r r z r r U θθθσσε++−=∑∑<<<
该函数是在LJ 势的基础上加了一个三体作用，在这里ε和б分别表示LJ 势的能量和距离参数，θ1,θ2
和θ3 分别代表i,j 和k 三个原子的形成的三角形的内角，z 是调节三体作用大小的参数，本文中，ε＝0.61 3，б＝2.508，z=0.5。
在Monte Carlo 模拟过程中，首先将一定数目的金属原子放置于一元胞中，各原子之间保持一定的距离（3.0Å）。元胞中的原子在三维方向上随机移动，计算移动前后两构型的能量变化Δε，如果Δε≤0，接受新构型；当Δε>0时，以概率P=exp(-Δε/k B T)接受新构型，即产生一个随机数ξ，如果ξ< P，则接受新构型。 元胞中所有的原子均随机移动一次（无论接受与否），作为一个MC 时间步（Monte Carlo Step, MCS ）。 2.结果与讨论
钛材料2.1 Ni n (3-39)团簇的构型
为了获得团簇的稳定构型，采用Monte Carlo 方法模拟了退火过程。模拟温度从1500K 降低到5K ，每经过2000个MCS 温度降低5K ，从而得到了不同尺寸的Ni n (2-39)团簇的稳定构型。代表性的Ni n 团簇构型如Fig.1所示。这些团簇的构型可以分为两组来讨论。
Ni 3-Ni 12: 对n=3-6的Ni n 团簇来说，它们的构型分别是三角形，正四面体，三角双锥和正八面体形，其生长遵循简单的生长机理，团簇生长需要最小的结构调整[3]。Ni 7团簇具有五角双锥构型，即十面体结构。对于n=8-12的Ni n 团簇来说，它们的结构是以Ni 7团簇为骨架生成的, 即在Ni 7团簇的基 础上，在其一个或多个面上增加一个或多个原子，通过生成四面体的方法生成的，增加的原子紧密相联，从而使每个原子生成更高的配位数。
Ni 13-Ni 39: Ni 13的结构是规整的正二十面体的构型。对于n=13-39的Ni n 团簇来说，同样遵循简单的生长机理，以Ni 13的正二十面体的结构为骨架生成的。即在Ni 13团簇的基础上，在其一个或多个面上增加一个或多个原子，通过生成四面体的形式生成的。 在Ni n 团簇的生长过程中，Ni 19，
Ni 23，
Ni 26，Ni 28和Ni 39具有较高的对称性结构，Ni 19是由两个相互交叉的正二十面体形成； Ni 23的结构是由四个相互交叉的正二十面体形成；Ni 39具有两头尖的陀螺型构型； Ni 26，Ni 28，Ni 39亦具有较高的对称性。 同时还发现：Ni 33, Ni 36 和Ni 38 具有类似面心立方的结构。
研究Ni n (3-39)团簇的生长机理发现，对于Ni n (n=8-12)团簇，团簇是在Ni 7的基础上生成的；对
于Ni n (n=13-39)团簇，
其结构是以Ni 13团簇为骨架生成的。 在这些团簇的生成过程中，Ni 19，Ni 23，Ni 26和Ni 28具有较高的对称性，Ni 33, Ni 36 和Ni 38具有类似面心立方的结构。
套期保值
Ni 7
Ni 3
Ni
4
Ni 5
Ni 6
Ni 13Ni 19
Ni 23
Ni 26
主教之友Ni 28Ni 33
Ni 36
fcc-like Ni 38
icosahedral Ni 38
溶菌酶Ni 39
图1. 镍团簇的代表性结构
参考文献
[1] 田东旭，郭向云，无机化学学报 2004，20，925.
[2] Uppenbrink, J., Wales, D. J., J. Chem. Phys. 1992，96，8520. [3] Guo Xiang-yun （郭向云），Wuli Huaxue Xuebao (Acta. Phys. Chem. )2003，19，174.
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