Theoretical Study of the Electronic Properties of Nickel Clusters

Abstract

Низькоенергетичні та електронні структури кластерів нікелю (Nin), де кількість атомів n, що складають ці кластери, коливається від 2 до 10, отримані на основі функціональної теорії густини (DFT) з використанням узагальненого наближення градієнта (GGA), взятого з методу SIESTA. Шляхом пошуку кластерів з низькоенергетичними структурами були отримані нові структури з низькими енергіями. Для кожного розміру кластера цим методом розраховували середню довжину зв'язку, енергію зв'язку, зону HOMO-LUMO, другу різницю в енергії, вертикальний потенціал іонізації (VIP), адіабатичний потенціал іонізації (AIP) і, нарешті, густину станів (DOS). Низькоенергетичні структури кластерів є парними для значень n ≤ 6, в той час як стабільність показала, що кластер Ni10 має найвище значення енергії зв'язку. VIP, AIP та зона HOMO-LUMO демонструють чіткі коливання при непарних і парних значеннях, що вказує на те, що кластери Ni2,4,6,8,10 мають вищу стабільність порівняно з сусідніми кластерами. Друга різниця в енергії показує і підтверджує стабільність згаданих кластерів. Результати також показують DOS кластерів, що вивчались, поблизу рівня Фермі та зв'язок коливальної поведінки непарних і парних (за числом атомів) кластерів з їхньою стабільністю. У статті вдалося вивчити деякі кластери нікелю Nin за допомогою DFT, розглядаючи їх структурні аспекти, а також електронні властивості.

Low-energy geometry and electronic structures of nickel (Nin) clusters, where the number of atoms n constituting these clusters ranges from 2 to 10, have been obtained based on density functional theory (DFT) with the use of Generalized Gradient Approximation (GGA) taken from SIESTA method. By searching for clusters with low-energy structures, new structures with low-energies were obtained. For each cluster size, the average bond length, binding energy, HOMO-LUMO gap, second difference in energy, Vertical Ionization Potential (VIP), adiabatic ionization potential (AIP) and finally the Density of States (DOS) were calculated by this method. Low-energy structures of clusters are even for values n ≤ 6, while stability showed that the cluster Ni10 has the highest value of the binding energy. The VIP, AIP and HOMO-LUMO gap show clear oscillations at odd and even values, indicating that Ni2,4,6,8,10 clusters have a higher stability compared to their neighboring clusters. The second difference in energy shows and confirms the stability of the aforementioned clusters. The results also show the DOS of the clusters studied near the Fermi level and the relation of oscillation behavior witnessed by odd and even clusters in the number of atoms with their stability. In this research, I succeeded in studying some clusters of nickel Nin using DFT, tackling their structural aspects as well as their electronic properties.