Si,Ge纳米材料具有许多常规半导体无法媲美的奇异特性和非凡的特殊功能,在诸多领域具有空前的应用前景,因此,纳米Si,Ge材料是材料科学领域研究的热点之一,在冶金、电子、化工等领域中有着广泛的潜在用途。团簇的空间尺度是几埃至几百埃,是介于原子、分子与宏观物质之间的物质结构的过渡状态,代表了凝聚态物质的新层次。以半导体材料为基础制作的各种器件在现代信息技术领域中起着重要的作用,因此,半导体元素团簇的结构及其独特的物理化学性质吸引了大量科学工作者浓厚的兴趣。本文采用了遗传算法(Genetic Algorithm, GA)与密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)相结合的方法对硅锗团簇进行了系统的研究,找到了它们的低能异构体,并确定了其最稳定的几何结构。以此为基础我们对硅锗团簇的相对稳定性,电子性质及解离行为等进行了系统地分析,并得到以下结论:对2≤n≤33尺度范围内的中性硅团簇的解离行为进行了系统研究,其结果与实验非常吻合。解离能的结果显示Si4,6,7,10是非常稳定的小团簇基元,并且频繁地出现在解离产物中;此外,在11≤n≤20尺度范围内,硅团簇的解离能相对较小,表示在这一尺度范围内,硅团簇较易解离成小团簇。采用GA搜索和全电子DFT相结合的方法对Ge34– Ge44中性团簇结构及电子性质进行了系统的研究。对Ge34-39团簇的研究结果表明,最稳定锗团簇Ge34-39是扁长的棒状或者呈现Y型的三臂结构。这两种结构均由两到三个稳定的小团簇(Ge6, Ge7, Ge9或Ge10)组成,中间由锗金刚石的体片段(Ge6, Ge8或Ge9)相连接。锗团簇Ge40-44的最稳定几何结构为盘型结构。这类结构的中心有一个Ge4核,周围由四个稳定的小团簇(Ge9或Ge10)组成。这个Ge4核和周围的四个小团簇的部分原子形成了锗金刚石片段。与离子迁移率的实验结果对比表明,这类盘型结构很有可能在实验中存在并被观测到。研究表明,中等尺度的中性锗团簇的结构是由扁长的棒状结构转化为Y型的三臂结构,之后又向盘型结构转化;前者的转折点出现在Ge35或Ge36,而后者的转折点则出现在Ge40。用B3LYP/6-311G(d)的方法计算并确定了与红外光谱实验相吻合的Si12+团簇的最低能几何结构;用全电子DFT方法对小尺度(2≤n≤15)阳离子锗团簇进行了系统的研究,确定了Ge2+– Ge15+的最稳定几何结构,并且与同尺度的阳离子硅团簇(Si2+– Si15+)的结构进行了对比。比较发现,除了n = 9, 12, 13和14以外,这个尺度范围的阳离子硅锗团簇的最稳定几何结构非常相似。从n = 7开始,两种团簇都包含五角双锥和TTP(三帽三棱柱)结构单元,所不同的是,阳离子硅团簇的五角双锥结构单元出现在Si7+, Si8+, Si9+和Si12+中,而TTP (三帽三棱柱)结构单元则出现在n = 10, 11, 13和15的尺度。对于阳离子锗团簇来说,这两种结构单元分别出现在n = 7– 9和n = 10– 15的尺度范围。