團(tuán)簇結(jié)構(gòu)優(yōu)化新算法與應(yīng)用研究.pdf

1、團(tuán)簇結(jié)構(gòu)優(yōu)化是計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域中非常重要的研究課題之一。然而團(tuán)簇結(jié)構(gòu)優(yōu)化屬于非常困難的全局優(yōu)化問題，因?yàn)閳F(tuán)簇勢能曲面上存在著大量的局部極值，且局部極值的個數(shù)隨團(tuán)簇的原子個數(shù)呈指數(shù)關(guān)系增長。因此，發(fā)展快速、高效的優(yōu)化算法成為解決團(tuán)簇結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的關(guān)鍵。本論文針對大尺寸團(tuán)簇結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題發(fā)展了兩種全局優(yōu)化算法，并成功用于Lennerd-Jones（LJ）和銀團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。本論文的主要內(nèi)容包括：
　　 1.總結(jié)了團(tuán)簇研究的意義、內(nèi)容、手段

2、及最新進(jìn)展，重點(diǎn)總結(jié)了團(tuán)簇結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法的研究進(jìn)展，并綜述了全局優(yōu)化算法在團(tuán)簇結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究中的應(yīng)用。
　　 2.針對LJ團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提出了一種動態(tài)格點(diǎn)搜索（dynamic latticesearching，DLS）算法的變體，稱為基于內(nèi)核構(gòu)建的動態(tài)格點(diǎn)搜索（DLS withconstructed core，DLSc）算法。該方法采用二十面體或十面體內(nèi)核構(gòu)建初始結(jié)構(gòu)，然后采用DLS算法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。將DLSc方法用于LJ100-2

3、00和LJ660-670的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，結(jié)果表明DLSc算法可以成功得到全局最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。由于內(nèi)核的使用大大減小了搜索空間，DLSc比DLS更加快速和高效。該算法對于小尺寸團(tuán)簇結(jié)構(gòu)優(yōu)化仍具有無偏性質(zhì)，優(yōu)化結(jié)果不受內(nèi)核初始構(gòu)型的影響，但隨著團(tuán)簇尺寸的增大該算法逐漸從無偏轉(zhuǎn)為有偏。
　　 3.為了進(jìn)一步提高DLS算法的優(yōu)化效率且不改變其無偏性，建立了一種內(nèi)部操作（interior operation，IO）與DLS的聯(lián)合算法，稱為DLS-

4、IO。IO將勢能較高的外部原子沿徑向移動到對應(yīng)的團(tuán)簇中心位置附近，使內(nèi)部原子的排列更加緊湊、外部原子的排列更加規(guī)整，且具有更低的能量。由于IO優(yōu)化得到的結(jié)構(gòu)比隨機(jī)生成的結(jié)構(gòu)更接近最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，降低了DLS操作的搜索難度。將DLS-IO方法用于LJ500、LJ561、LJ660、LJ665、LJ670的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，結(jié)果表明該方法是一種無偏、高效的大尺寸團(tuán)簇優(yōu)化方法，為團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的理論研究建立了有效方法。
　　 4.用DLSc方法優(yōu)化了A

5、g121-Ag160之間銀團(tuán)簇最優(yōu)結(jié)構(gòu)并考察了Ag13-Ag160的構(gòu)型轉(zhuǎn)化規(guī)律。Ag13-Ag48為一系列無定型結(jié)構(gòu)，其中僅有少數(shù)幾個規(guī)則構(gòu)型，Ag49-Ag61的最穩(wěn)定構(gòu)型為二十面體，Ag62-Ag160的最穩(wěn)定構(gòu)型轉(zhuǎn)化為十面體，但由Marks十面體（m-Dh）的不同子類構(gòu)成，Ag13-Ag160之間只在某些特定的尺寸出現(xiàn)面心立方（face-centered cubic，fcc）的最穩(wěn)定構(gòu)型。該結(jié)果為銀團(tuán)簇的理論研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。