基于遺傳算法的CuAu合金團簇的穩(wěn)定結構研究.pdf

1、原子團簇具有特殊的量子尺寸效應，并且其電子結構展示出許多新奇異性質。在原子團簇中，合金原子團簇可以充分利用各金屬元素表面結構和電子結構的協(xié)同效應，從而表現(xiàn)出比各單質金屬元素團簇更優(yōu)異的穩(wěn)定性、催化活性和電磁特性等。研究原子團簇科學的首要步驟是確定原子團簇的穩(wěn)定幾何結構，目前常用的方法是通過實驗手段來確定原子團簇的穩(wěn)定結構，但由于實驗條件的限制因此實驗方法面臨著諸多的困難。因此，利用勢能函數(shù)的計算機模擬技術在研究原子團簇的穩(wěn)定結構中發(fā)揮著

2、重要的作用。首先利用勢能函數(shù)來描述原子團簇原子間的相互作用力，然后將勢能函數(shù)作為全局優(yōu)化算法的評價函數(shù)，通過全局優(yōu)化算法尋找其全局能量最低值，從而可以得到穩(wěn)定的原子團簇結構。
　　本文引入Gupta勢能函數(shù)來準確描述原子團簇原子間的相互作用力，采用遺傳算法對優(yōu)化模型進行求解。為了讓遺傳算法能夠更好地解決合金團簇結構優(yōu)化問題，在基于標準遺傳算法的框架下本文從初始結構產生、適應度函數(shù)設計、交叉和變異算子設計這幾方面提出了相應的針對性改

3、進策略:(1)引入交換混沌初始方法來產生種群的初始結構;(2)提出了一種新的動態(tài)適應度函數(shù)表達式;(3)采用了球切交叉策略來替代傳統(tǒng)數(shù)值交叉方式;(4)采用四種變異算子相結合使用的策略來替代單一變異方式。
　　為了驗證每個改進策略的有效性以及相關參數(shù)設置的合理性，本文做了大量針對性對比實驗。實驗結果表明每個改進策略都是有效的，且改進后的遺傳算法性能更高。同時也通過實驗分析了幾個重要參數(shù)對算法性能和實驗結果的影響，結果表明初始種群應

4、該設置為20，交叉概率設置為0.8，變異算子中的原子置換對數(shù)和原子移動個數(shù)應該都設置為1，變異概率則應該設置為0.3。
　　本文將改進后的算法用于模擬預測CuAu合金原子團簇的穩(wěn)定結構，并成功獲取了CunAu38-n（0≤n≤38）合金團簇的最低能量和穩(wěn)定結構。通過系統(tǒng)分析最優(yōu)結構的有序參數(shù)和二階差分能可以發(fā)現(xiàn)，Cu原子隨著Cu原子數(shù)增加由內層逐漸分布到外層且Cu5Au33、Cu17Au21和Cu29Au9這三種結構穩(wěn)定性相對較好