Ab-initio structural optimization of silicon microclusters

Abstract

It is reported that the electronic structures and the energy differences between the fully relaxed and the symmetry conserving structures of silicon 12 and 13 clusters. Icosahedron, fcc (face-centered cubic) cubooctahedron, and hcp (hexagonal close packed) twinned cubooctahedron structures are selected. The first principle norm conserving pseudopotential using a planewave basis set and a supercell approximation is used. Eigenvalue changes of Si12 and Si13 icosahedral clusters between the symmetry conserving and the fully relaxed clusters are also compared. In case of symmetry conserving condition, their eigenvalues are scattering over the all energy levels, while, in fully relaxed clusters, the eigenvalues are localized and form two bands of s-like and p-like in eigenvalues.

Si12とSi13クラスタの電子構造と、完全緩和構造と対称性保存構造との間のエネルギー差について報告する。20面体、fcc(面心立方)立方8面体、hcp(6方最密)双晶立方8面体構造を選んだ。平面波基底関数とスーパーセル近似により得た第一原理ノルム保存の擬ポテンシャルを用いた。Si12とSi13の20面体クラスタについて、完全緩和構造と対称性保存クラスタ間の固有値の変化も比較した。対称性保存状態では、固有値はすべてのエネルギー準位に散在するが、完全緩和状態では局在し、s様バンドとp様バンドの2つの固有値バンドを形成する。