Theoretical studies of properties of clusters

Abstract

This work is based on the calculation of total-energy minimum structures for various cluster systems using Density-Functional Tight Binding Method combined with genetic algorithm method. Cluster systems which we have investigated include both semiconductors and metallic clusters. Results of theoretical studies of binary SiGe clusters indicate the formation of mixed alloy structures for these clusters. We observe mostly heteroatomic bonds and there are fewer Si-Si bonds as compared to Ge-Ge bonds in binary clusters. We have calculated the bond energies for Si-Si bond, Ge-Ge bond and Si-Ge bond which also favour the formation of more heteroatomic and Ge-Ge bonds. In these binary clusters, Si shows very poor tendency to be coordinated with other Si atoms. In general % coordination of Si decreases from 5, as in pure Si clusters to 3 in binary SiGe clusters where as for Ge it increases from 3, as in pure Ge clusters to 5 in binary SiGe clusters. We also observed that binary SiGe clusters follow different growth pattern as compared to their elemental counter parts. Our observation is clearly depicted in similarity function analysis between these cluster systems. In the second part of our work, we have studied the global energy minimum structures and structural and electronic properties of pure Copper clusters in the size range up to 36 atoms. We have used various descriptors for analysing the Cu clusters. We have obtained very symmetric Cu cluster structures in the size range less than 10.

In dieser Arbeit wurden mit Hilfe der Dichtefunktional tight binding-Methode die energetisch niedrigsten Strukturen verschiedener Clustersysteme untersucht. Die dabei betrachteten Systeme umfassen Halbleiter und Metall Cluster. In dem ersten Teil dieser Arbeit werden die Ergebnisse der Untersuchung der Halbleiter Si, Ge und SiGe Cluster gezeigt, wobei für Si und Ge, n zwischen 2 und 44 Atome und für die bimetallischen Cluster zwischen 2 und 22 Si-Ge Einheiten liegt. Um die strukturellen und energetischen Eigenschaften von den optimierten Clustern in Abhängigkeit von der Clustergrösse darzustellen und zu diskutieren, wurden die Stabilitäts- und Ähnlichkeitsfunktionen, die radiale Verteilung, die gesamte Clusterform, die Symmetrie und der HOMO-LUMO Abstand untersucht. Die Ergebnisse zeigen für die bimetallischen Cluster die Bildung von Mischlegierungen, hauptsächlich Bindungen zwischen den Heteroatomen Si und Ge, sehr wenig Si-Si Bindungen im Vergleich zu Ge-Ge. Dieser Strukturunterschied zwischen SiGe und Si , Ge mit gleicher Anzahl von Atomen kann durch die Ähnlichkeitsfunktionen dargestellt werden. Die Ergebnisse der Stabilitätsfunktionuntersuchungen zeigen stabile Strukturen für die drei Systeme. Der zweite Teil der Arbeit enthält die Ergebnisse der theoretischen Untersuchungen der strukturellen und energetischen Eigenschaften von Cu mit 36 Atomen. Die gleiche theoretische Methode wurde auch hier verwendet und die Eigenschaften der optimierten Cluster wurden in Ähnlichkeit von der Clustergröße untersucht und diskutiert.