采用Lennard-Jones原子间势研究(C60)N分子团簇的结构演化行为*

吴洋段海明

采用Lennard-Jones原子间势研究(C60)N分子团簇的结构演化行为*

吴洋 段海明

(新疆大学物理科学与技术学院，乌鲁木齐830046)
(2010年7月15日收到;2010年11月1日收到修改稿)

采用描述原子间相互作用的Lennard-Jones势来描述C60分子间的相互作用，考虑了每个C60分子的一定位置取向，并采用最速下降法计算了IH，fcc，hcp，DH及SC五种典型结构满壳层(C60)N团簇(N＜2000)的能量．结果显示:当尺寸较小(N＜20)时，IH结构最稳定;当尺寸处于中等(50＜N＜300)时，HCP结构最稳定;当尺寸较大(300＜N＜2000)时，fcc结构最稳定．随着团簇尺寸的增大，IH，fcc，hcp及DH四种典型结构的平均分子能量呈下降趋势，而SC结构发生畸变，表明所研究尺度内，(C60)N团簇处于SC结构不稳定，分子团簇低能结构还远未过渡到C60晶体．

C60团簇，取向，最速下降法，结构演化

PACS:61．46．Bc，61．48．－c

1.引言

实验上富勒烯C60的发现［1］及大量合成［2］的成功，引起了国内外学术界对(C60)N团簇、晶体及其衍生物研究的广泛关注［3—11］．Martin等人［12］的质谱实验显示:对于N=13，19，23，35，39，43，46，49和55具有明显的丰度，这被称为C60分子团簇的幻数．最早对C60晶体结构的X射线衍射分析指出C60晶体具有hcp密堆积结构［13］，其后的研究表明C60在室温下以fcc结构存在，并在260 K左右存在fcc相到SC相的一级结构相变［2，14］．

理论上，对C60分子团簇几何结构的研究也引起了普遍关注．Luo等人［15］采用Pacheco-Ramalho［16］(PR)分子间作用势，结合遗传算法，研究了尺寸N介于30以内的(C60)N团簇的最低能量结构，总能量的二阶差分表明:显著峰位对应N=13，19，23，26和28，与Martin等人的实验结果在N=13，19，23处相符合．另外Gallego小组在这方面做了大量的工作，该小组的Rey等人［17］利用Girifalco［18］分子间作用势并结合分子动力学……