电子化合物的原子团簇结构特征研究

摘要

电子化合物是特殊的金属间化合物，化学成分不同具有相同的电子浓度值e/a。按不同的电子浓度值可分类为1.5(21/14)，1.615(21/13)和1.75(21/12)三类。由于其组成元素原子尺寸与电负性相近，电子浓度决定了相稳定性。随着理论与实验研究的进展，电子化合物的概念也从晶态相扩展到了准晶、准晶近似相以及非晶相;其稳定机制的研究也从最初基于倒空间中费米面-布里渊区边界相互作用的描述发展至正空间基于Friedel振荡的描述。
　　本课题组提出的团簇加连接原子模型将非晶分为团簇和连接原子部分，成功地应用于大块非晶合金的成分设计。在近期工作中，团簇加连接原子模型与Friedel振荡结合，发展出团簇共振模型，并指出了理想非晶中电子浓度e/a与团簇原子个数Z的关系，e/a=24/Z，而理想非晶的单位团簇电子数e/u为24。
　　基于上述研究，本工作将团簇加连接原子模型应用于典型的电子化合物，具体分析了各个相中的主团簇、团簇式、团簇式的电子数。并按e/u对具有相同电子浓度的电子化合物重新分类。该分类方法既考虑了电子化合物的短程和中程有序结构，又结合长程Friedel振荡，为电子化合物的结构和稳定性描述提供了新思路。
　　首先，本研究发现了晶态电子化合物中团簇式电子数e/u的规律。晶体结构中团簇通常不是共享的，考虑并消除相同团簇的共享因素，我们发现:在电子浓度相同的一组电子化合物中，可以采用e/u进一步地细分。具体地，电子浓度为21/14的相中，可以分为e/u=3的AgCd,AgMg,AgZn,AuCd,AuMg,AuZn,BeCu,CaTl,CuZn,MgTl,SrTl;e/u=6的Ag3In相;以及e/u=9的Au5Sn相。对于电子浓度为21/13的相，可以分为e/u=21的Ag9In4，Al4Cu9，Au9In4，Cu9Ga4，Cu9In4相;以及e/u=10.5的Ag5Cd8，Ag5Zn8，Au5Cd8，Cu5Zn8相。对于电子浓度为21/14的相，有e/u=21的AuCd3相;e/u=7的Cu3Ge相;e/u=4.7的CuZn3相。由于团簇加连接原子模型对合金体系近程结构的有效分析，故能成功用于区分电子浓度相同而化学成分不同、结构类型不同的电子化合物，弥补了电子浓度e/a对电子化合物的描述中近程有序的缺失。其次，本文中也给出了晶态电子化合物中可能存在的24电子团簇，并讨论了其电子浓度e/a与团簇的原子数Z是否满足理想非晶中的关系e/a=24/Z，并发现只能部分满足。