通过进化搜索揭示金纳米簇的平面-球状转变

金纳米簇在催化、光子学、传感器方面具有技术相关性，并且由于其在异常高原子数（即12-14范围内）发生平面到球状的结构转变而具有基础科学意义。这种转变的性质和原因仍然是个谜。为了解开这个难题，进行了高通量密度泛函理论（DFT）计算，并结合基于改进遗传算法（GA）的全局结构优化方案。评估了超过20,000个 Au$_{12}$、Au$_{13}$ 和 Au$_{14}$ 纳米簇。使用任何DFT泛函，球状和平面结构在感兴趣的尺寸范围内共存。平面-球状转变在室温下是渐变的，而不是先前认为的尖锐转变。利用邻近极小值的构型，量化了阴离子性、$\textit{s-d}$ 带杂化和长程相互作用对维度转变的影响。阴离子性略微改变了团簇的相对稳定性。通过改变Hubbard U值来改变 $\textit{s-d}$ 杂化程度，证实仅 $\textit{s-d}$ 杂化不能稳定平面结构。另一方面，范德华相互作用稳定了球状结构。这些结果阐明了金纳米簇维度转变的不同原因之间的平衡。