Effects of manganese doping on the structure evolution of small-sized boron clusters

星团(航天器) 兴奋剂 结晶学 硼 锰 材料科学 化学物理 纳米技术 化学 物理 凝聚态物理 计算机科学 有机化学 冶金 程序设计语言
作者
Lingquan Zhao,Xin Qu,Yanchao Wang,Jian Lv,Lijun Zhang,Ziyu Hu,Guang-Rui Gu,Yanming Ma
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:29 (26): 265401-265401 被引量:32
标识
DOI:10.1088/1361-648x/aa7190
摘要

Atomic doping of clusters is known as an effective approach to stabilize or modify the structures and properties of resulting doped clusters. We herein report the effect of manganese (Mn) doping on the structure evolution of small-sized boron (B) clusters. The global minimum structures of both neutral and charged Mn doped B cluster [Formula: see text] (n = 10-20 and Q = 0, ±1) have been proposed through extensive first-principles swarm-intelligence based structure searches. It is found that Mn doping has significantly modified the grow behaviors of B clusters, leading to two novel structural transitions from planar to tubular and then to cage-like B structures in both neutral and charged species. Half-sandwich-type structures are most favorable for small [Formula: see text] (n ⩽ 13) clusters and gradually transform to Mn-centered double-ring tubular structures at [Formula: see text] clusters with superior thermodynamic stabilities compared with their neighbors. Most strikingly, endohedral cages become the ground-state structures for larger [Formula: see text] (n ⩾ 19) clusters, among which [Formula: see text] adopts a highly symmetric structure with superior thermodynamic stability and a large HOMO-LUMO gap of 4.53 eV. The unique stability of the endohedral [Formula: see text] cage is attributed to the geometric fit and formation of 18-electron closed-shell configuration. The results significantly advance our understanding about the structure and bonding of B-based clusters and strongly suggest transition-metal doping as a viable route to synthesize intriguing B-based nanomaterials.

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