การศึกษาคลัสเตอร์ขนาด 6 อะตอมของธาตุโลหะแถว 4d ทองแดงและทองด้วยวิธี Ab-initio

Abstract

การศึกษาชิ้นนี้ได้ทำการคำนวณโครงสร้างที่มีพลังงานต่ำสุด พลังงานยึดเหนี่ยวต่ออะตอม ความยาวพันธะเฉลี่ย และโครงสร้างอิเล็กตรอนของคลัสเตอร์ขนาด 6 อะตอมในธาตุโลหะแถว 4d ด้วยวิธีฟังก์ชันนัลความหนาแน่นโดยใช้ฟังก์ชันนัลแลกเปลี่ยน-สหสัมพันธ์แบบผลต่างทั่วไป โครงสร้างที่ใช้ในการคำนวณจำนวน 5 โครงสร้าง เกิดจากการหาโครงสร้างที่เหมาะสุดจากโครงสร้างเริ่มต้นที่หลากหลายของคลัสเตอร์ขนาด 6 อะตอม จากการคำนวณพบว่าโครงสร้างที่มักจะมีพลังงานต่ำสุด คือโครงสร้างพีรามิดคู่สามหน้ารูปหมวกและโครงสร้างทรงแปดหน้า และมีเพียงคลัสเตอร์ของเงินเท่านั้น ที่พบว่าโครงสร้างที่มีพลังงานต่ำสุดเป็นโครงสร้าง 2 มิติ คือ โครงสร้างสามเหลี่ยมแบนราบ ซึ่งโครงสร้างนี้จะมีพลังงานยึดเหนี่ยวใกล้เคียงกับโครงสร้างใน 3 มิติ คือ โครงสร้างพีระมิดฐานห้าเหลี่ยม สำหรับความยาวพันธะเฉลี่ย พบว่าโครงสร้างที่มักจะมีความยาวพันธะเฉลี่ยสั้นที่สุด คือโครงสร้างสามเหลี่ยมแบนราบ นอกจากนี้แนวโน้มการเปลี่ยนแปลงค่าพลังงานยึดเหนี่ยวต่ออะตอมและความยาวพันธะเฉลี่ยจะมีรูปร่างคล้ายรูปพาลาโบลา ซึ่งเกี่ยวข้องกับการครอบครองอิเล็กตรอนในชั้น d ในออร์บิทอลแบบสร้างพันธะและแบบทำลายพันธะ และสุดท้ายยังพบการเคลื่อนย้ายตำแหน่งของอิเล็กตรอนในชั้น 5s สำหรับธาตุอิทเตรียมและไนโอเบียม เพื่อสร้างพันธะในคลัสเตอร์ ขณะที่อิเล็กตรอนในชั้นต่างๆของธาตุอื่นๆในแถวค่อนข้างเปลี่ยนแปลงน้อย นอกจากนี้ได้มีการคำนวณสมบัติต่างๆ ในคลัสเตอร์ของทองแดงและทอง เนื่องจากธาตุทั้งสองมีโครงสร้างอิเล็กตรอนวงนอกแบบเดียวกับเงิน จึงอาจมีสมบัติเชิงโครงสร้างที่ใกล้เคียงกัน ผลการคำนวณในส่วนนี้แสดงให้เห็นการเกิดไฮบริไดเซชั่นแบบ s-d ในโครงสร้าง 2 มิติ และพบความแตกต่างของค่าโพลาไรเซบิลิตี้ในโครงสร้าง 2 มิติ และ 3 มิติ สำหรับคลัสเตอร์ของทองแดงและเงิน ส่วนในกรณีของทองจะไม่พบความแตกต่างนี้