扩展哈伯德模型中原子团簇的结构和热力学性质研究

郑晓军; 张俊; 黄忠兵

doi:10.7498/aps.59.3897

摘要

采用数值精确对角化方法，在加入了近邻电子库仑排斥作用的扩展哈伯德模型中对原子数N=5和N=6的原子团簇进行了研究.首先得到了对应于不同强度的电子在位库仑作用能U、近邻排斥作用能V，以及不同电子填充数的团簇的优化结构和相应的总自旋S.研究结果表明，电子的近邻排斥能V的引入会使团簇向成键数目减少的链状或星状结构改变.然后结合团簇的能级特征，分析了团簇的热容和磁化率等热力学特性，其中热容曲线的峰值位置可由团簇的低能激发给出合理的

关键词:

Abstract

By using a numerical exact diagonalization method, the properties of atomic clusters with atom number N=5 and N=6 are investigated in the framework of the extended Hubbard model. The optimized structure and the corresponding total spin S are obtained both as a function of Hubbard onsite interaction U, nearest-neighbor Coulomb repulsion V and filling number of electrons. Results show that with V increasing, the optimized structure of cluster turns into a chain or star-like structure with fewer bonds. The thermodynamic properties are also analyzed based on the distribution of energy levels of cluster with an optimized structure.

Keywords:

作者及机构信息

1.
湖北大学物理学与电子技术学院,武汉 430062

基金项目: 湖北省教育厅青年基金(批准号:Q200610001)和国家自然科学基金(批准号:10674043)资助的课题.

Authors and contacts

1.
湖北大学物理学与电子技术学院,武汉 430062

参考文献

[1]	［1］Wang G H 2003 Cluster Physics (Shanghai: Shanghai Science and Technology Press) pp1—9 (in Chinese) ［王广厚 2003 团簇物理学 (上海：上海科学技术出版社) 第1—9页］
[2]	［2］BjSrnholm S 1990 Contem. Phys. 31 309
[3]	［3］Billas I M L, Chtelain A, de Heer W A 1994 Science 265 1682
[4]	［4］Apsel S E, Emert J W, Deng J, Bloomfield L A 1996 Phys. Rev. Lett. 76 1441
[5]	［5］Yamamoto Y, Miura T, Suzuki H 2002 Phys.Ｒev. Lett.93 116801
[6]	［6］Paster G M, Dorantes-Dvila J, Bennemann K H 1989 Phys. Ｒev.B 40 7642
[7]	［7］Felix-Medina R, Dorantes-Dacila H, Pastor G M 2003 Phys. Ｒev.B 67 094430
[8]	［8］Yang Z, Yan Y L, Zhao W J, Lei X L, Ge G X, Luo Y H 2007 Acta Phys. Sin. 56 2590 (in Chinese) ［杨致、闫玉丽、赵文杰、雷雪玲、葛桂贤、罗有华 2007 物理学报 56 2590］
[9]	［9］Ren F Z, Wang Y X, Tian F Y, Zhao W J, Lou Y H 2008 Acta Phys. Sin. 57 2165 (in Chinese) ［任凤竹、王渊旭、田付阳、赵文杰、罗有华 2008 物理学报 57 2165］
[10]	］Li X B, Luo J S, Guo Y D, Wu W D, Wang H Y, Tang Y J 2008 Acta Phys. Sin. 57 4857 (in Chinese) ［李喜波、罗江山、郭云东、吴卫东、王红艳、唐永建 2008 物理学报 57 4857］
[11]	］Xu Y, Wang X L, Zeng Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 S72 (in Chinese) ［徐勇、王贤龙、曾雉 2009 物理学报58 S72］
[12]	］Chen X, Peng X, Deng K M, Xiao C Y, Hu F L, Tan W S 2009 Acta Phys. Sin. 58 5370 (in Chinese) ［陈宣、彭霞、邓开明、肖传云、胡凤兰、谭伟石 2009 物理学报58 5370］
[13]	］Li X B, Wang H Y, Luo J S, Wu W D, Tang Y J 2009 Acta Phys. Sin. 58 6134 (in Chinese) ［李喜波、王红艳、罗江山、吴卫东、唐永建 2009 物理学报 58 6134］
[14]	］Paster G M, Hirsch R, Mühlschlegel B 1994 Phys. Ｒev. Lett. 72 3879
[15]	］Paster G M, Dorantes-Dvila J, Pick S, Dreysse H 1995 Phys. Ｒev. Lett. 75 326
[16]	］Paster G M, Dorantes-Dvila J 1996 Mater. Sci. Eng. A 217—218 286
[17]	］Rodriguez-López J L, Dorantes-Dvila J, Paster G M 1998 Phys. Rev. B 57 1040
[18]	］López-Urias F, Paster G M, Bennemann K H 2000 J. Appl. Phys. 87 4909
[19]	］López-Sandoval R, Paster G M 2004 J. Phys.: Condens. Matter 16 S2223
[20]	］López-Urias F, Paster G M 2005 J. Magn. Magn. Mater. 294 27
[21]	］Shibata Y, Nishimoto S, Ohta Y 2001 Phys. Ｒev. B 64 235107
[22]	］Onari S, Arita R, Kuroki K, Aoki H 2004 Phys. Ｒev.B 70 094523
[23]	］Penc K, Mila F 1994 Phys. Rev.B 49 9670
[24]	］Clay R T, Sandvik A W, Campbell D K 1999 Phys. Rev.B 59 4665
[25]	］Nakamura M 2000 Phys. Rev.B 61 16377
[26]	］Murakami M 2000 J. Phys. Soc. Jpn. 69 1113
[27]	］Onozawa M, Fukumoto Y, Oguchi A, Mizuno Y 2000 Phys. Rev.B 62 9648
[28]	］Esirgen G, Schuttler H B, Bickers N E 1999 Phys. Rev. Lett. 82 1217
[29]	］Merino J, McKenzie R H 2001 Phys. Rev. Lett. 87 237002

施引文献

[1]	［1］Wang G H 2003 Cluster Physics (Shanghai: Shanghai Science and Technology Press) pp1—9 (in Chinese) ［王广厚 2003 团簇物理学 (上海：上海科学技术出版社) 第1—9页］
[2]	［2］BjSrnholm S 1990 Contem. Phys. 31 309
[3]	［3］Billas I M L, Chtelain A, de Heer W A 1994 Science 265 1682
[4]	［4］Apsel S E, Emert J W, Deng J, Bloomfield L A 1996 Phys. Rev. Lett. 76 1441
[5]	［5］Yamamoto Y, Miura T, Suzuki H 2002 Phys.Ｒev. Lett.93 116801
[6]	［6］Paster G M, Dorantes-Dvila J, Bennemann K H 1989 Phys. Ｒev.B 40 7642
[7]	［7］Felix-Medina R, Dorantes-Dacila H, Pastor G M 2003 Phys. Ｒev.B 67 094430
[8]	［8］Yang Z, Yan Y L, Zhao W J, Lei X L, Ge G X, Luo Y H 2007 Acta Phys. Sin. 56 2590 (in Chinese) ［杨致、闫玉丽、赵文杰、雷雪玲、葛桂贤、罗有华 2007 物理学报 56 2590］
[9]	［9］Ren F Z, Wang Y X, Tian F Y, Zhao W J, Lou Y H 2008 Acta Phys. Sin. 57 2165 (in Chinese) ［任凤竹、王渊旭、田付阳、赵文杰、罗有华 2008 物理学报 57 2165］
[10]	］Li X B, Luo J S, Guo Y D, Wu W D, Wang H Y, Tang Y J 2008 Acta Phys. Sin. 57 4857 (in Chinese) ［李喜波、罗江山、郭云东、吴卫东、王红艳、唐永建 2008 物理学报 57 4857］
[11]	］Xu Y, Wang X L, Zeng Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 S72 (in Chinese) ［徐勇、王贤龙、曾雉 2009 物理学报58 S72］
[12]	］Chen X, Peng X, Deng K M, Xiao C Y, Hu F L, Tan W S 2009 Acta Phys. Sin. 58 5370 (in Chinese) ［陈宣、彭霞、邓开明、肖传云、胡凤兰、谭伟石 2009 物理学报58 5370］
[13]	］Li X B, Wang H Y, Luo J S, Wu W D, Tang Y J 2009 Acta Phys. Sin. 58 6134 (in Chinese) ［李喜波、王红艳、罗江山、吴卫东、唐永建 2009 物理学报 58 6134］
[14]	］Paster G M, Hirsch R, Mühlschlegel B 1994 Phys. Ｒev. Lett. 72 3879
[15]	］Paster G M, Dorantes-Dvila J, Pick S, Dreysse H 1995 Phys. Ｒev. Lett. 75 326
[16]	］Paster G M, Dorantes-Dvila J 1996 Mater. Sci. Eng. A 217—218 286
[17]	］Rodriguez-López J L, Dorantes-Dvila J, Paster G M 1998 Phys. Rev. B 57 1040
[18]	］López-Urias F, Paster G M, Bennemann K H 2000 J. Appl. Phys. 87 4909
[19]	］López-Sandoval R, Paster G M 2004 J. Phys.: Condens. Matter 16 S2223
[20]	］López-Urias F, Paster G M 2005 J. Magn. Magn. Mater. 294 27
[21]	］Shibata Y, Nishimoto S, Ohta Y 2001 Phys. Ｒev. B 64 235107
[22]	］Onari S, Arita R, Kuroki K, Aoki H 2004 Phys. Ｒev.B 70 094523
[23]	］Penc K, Mila F 1994 Phys. Rev.B 49 9670
[24]	］Clay R T, Sandvik A W, Campbell D K 1999 Phys. Rev.B 59 4665
[25]	］Nakamura M 2000 Phys. Rev.B 61 16377
[26]	］Murakami M 2000 J. Phys. Soc. Jpn. 69 1113
[27]	］Onozawa M, Fukumoto Y, Oguchi A, Mizuno Y 2000 Phys. Rev.B 62 9648
[28]	］Esirgen G, Schuttler H B, Bickers N E 1999 Phys. Rev. Lett. 82 1217
[29]	］Merino J, McKenzie R H 2001 Phys. Rev. Lett. 87 237002

[1]	何院耀, 杨兵. 基于哈伯德模型的超冷原子量子模拟研究进展. 物理学报, 2025, 74(1): 017101. doi: 10.7498/aps.74.20241595
[2]	李昌, 侯兆阳, 牛媛, 高全华, 王真, 王晋国, 邹鹏飞. Ti₃Al合金凝固过程晶核形成及演变过程的模拟研究. 物理学报, 2022, 71(1): 016101. doi: 10.7498/aps.71.20211415
[3]	周晓凡, 樊景涛, 陈刚, 贾锁堂. 光学腔中一维玻色-哈伯德模型的奇异超固相. 物理学报, 2021, 70(19): 193701. doi: 10.7498/aps.70.20210778
[4]	高明, 邓永和, 文大东, 田泽安, 赵鹤平, 彭平. 快凝Pd₈₂Si₁₈合金原子团簇的演化特性及遗传机制. 物理学报, 2020, 69(4): 046401. doi: 10.7498/aps.69.20190970
[5]	王同, 胡小刚, 吴爱民, 林国强, 于学文, 董闯. 以团簇加连接原子模型解析Cr-C共晶成分. 物理学报, 2017, 66(9): 092101. doi: 10.7498/aps.66.092101
[6]	危洪清, 龙志林, 许福, 张平, 唐翌. Cu45Zr55-xAlx (x=3, 7, 12)块体非晶合金的第一性原理分子动力学模拟研究. 物理学报, 2014, 63(11): 118101. doi: 10.7498/aps.63.118101
[7]	张春艳, 赵清, 傅立斌, 刘杰. 飞秒强激光场中氢原子团簇的各向异性膨胀. 物理学报, 2012, 61(14): 143601. doi: 10.7498/aps.61.143601
[8]	陈季香, 羌建兵, 王清, 董闯. 以最大原子密度定义合金相中的第一近邻团簇. 物理学报, 2012, 61(4): 046102. doi: 10.7498/aps.61.046102
[9]	郝传璞, 王清, 马仁涛, 王英敏, 羌建兵, 董闯. 体心立方固溶体合金中的团簇+连接原子结构模型. 物理学报, 2011, 60(11): 116101. doi: 10.7498/aps.60.116101
[10]	林民东, 朱娟娟, 王伟, 周邦新, 刘文庆, 徐刚. 核反应堆压力容器模拟钢中富Cu原子团簇的析出与嵌入原子势计算. 物理学报, 2010, 59(2): 1163-1168. doi: 10.7498/aps.59.1163
[11]	林秋宝, 李仁全, 文玉华, 朱梓忠. Wn(n=3—27)原子团簇结构的第一性原理计算. 物理学报, 2008, 57(1): 181-185. doi: 10.7498/aps.57.181
[12]	王清, 羌建兵, 王英敏, 夏俊海, 林哲, 张新房, 董闯. Cu-Zr-Ti系Cu基块体非晶合金的形成和成分优化. 物理学报, 2006, 55(1): 378-385. doi: 10.7498/aps.55.378
[13]	翟国庆, 张邦俊, 叶高翔. 具有排斥相互作用的原子团簇非平衡系统研究. 物理学报, 2005, 54(4): 1557-1563. doi: 10.7498/aps.54.1557
[14]	李邵辉, 王成, 刘建胜, 王向欣, 李儒新, 倪国权, 徐至展. 飞秒强激光场中大尺寸氩团簇爆炸机理的实验研究. 物理学报, 2005, 54(2): 636-641. doi: 10.7498/aps.54.636
[15]	朱频频, 刘建胜, 徐至展. Ar原子团簇与飞秒强激光相互作用产生的高能离子计算. 物理学报, 2004, 53(3): 803-807. doi: 10.7498/aps.53.803
[16]	叶子燕, 张庆瑜. 低能Pt原子团簇沉积过程的分子动力学模拟. 物理学报, 2002, 51(12): 2798-2803. doi: 10.7498/aps.51.2798
[17]	林景全, 张杰, 李英骏, 陈黎明, 吕铁铮, 滕浩. 原子团簇对飞秒激光的吸收. 物理学报, 2001, 50(3): 457-461. doi: 10.7498/aps.50.457
[18]	罗成林, 周延怀, 张　益. 镍原子团簇几何结构的紧束缚方法模拟　. 物理学报, 2000, 49(1): 54-56. doi: 10.7498/aps.49.54
[19]	黎军, 仝晓民, 李家明. 钴原子团簇电子结构的理论研究. 物理学报, 1995, 44(11): 1727-1733. doi: 10.7498/aps.44.1727
[20]	石双合, 王绪威, 陈金昌. 原子团Fe4B的电子结构. 物理学报, 1992, 41(6): 929-936. doi: 10.7498/aps.41.929

计量

文章访问数: 11937
PDF下载量: 1030
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板