本文利用广义梯度近似的相对论密度泛函方法系统地研究了稀土金属掺杂硅团簇YbSin、YbSin+和YbSin-(n=1-13)的几何及电子结构性质；同时，利用含时密度泛函理论研究了最稳定YbSin(n=2-13)团簇的光学性质。 对YbSin、YbSin+和YbSi-n(n=1-13)团簇的几何结构、稳定性、电子和成键性质进行了系统地研究，找出了YbSin(n=1-13)团簇的一系列稳定结构，并得到了相应最稳定结构的演变规律，并且将得到的结果与已有过渡金属掺杂硅团簇的结果作了详尽且全面地比较。除了YbSi8和YbSi10团簇外，YbSin(n=1-13)团簇的最稳定结构都仍然保持着低能态Sin+1团簇的结构框架。在最稳定YbSin(n=1-13)团簇结构中，Yb原子始终处于Sin框架的表面点位置，并且随着团簇尺寸的增加，Yb原子并没有要陷入Sin框架的趋势。YbSin团簇的Sin框架以及Yb原子总是趋向被吸附在整个团簇表面的结构是由相对较强Si-Si键的相互作用决定的。然而，与YbSin团簇相比较，在最稳定过渡金属掺杂硅团簇TMSin(n=1-13)的结构中，TM原子处于一个逐渐下沉的表面点位置，并且随着Si原子数目的增加，它逐步由一个凸起点位置、过渡到一个平缓点、然后再到凹陷点位置。另外，当n=1-8时，最稳定YbSin团簇的结构和相应某些最稳定TMSin团簇有相似的结构框架，而当n=9-13时，最稳定YbSin团簇的结构就完全地偏离了相应最稳定TMSin团簇的结构框架。因此，掺杂金属的种类决定金属掺杂硅团簇的增长模式。 与中性YbSin团簇相比，大多数YbSin+和YbSin-(n=1-13)团簇都保持了相应中性YbSin团簇的结构框架，其中在YbSin+团簇中的3b+、4b+、4c+、5b+、5c+、6d+、8a+、9a+、10a+、13a+以及在YbSin-团簇中的3b-、5c-的结构畸变尤为严重(见第四章图一)。相对稳定性研究结果表明：YbSin和YbSin+(n=2、5、8、10和13)团簇以及YbSin-(n=2、5、8、10和12)团簇的稳定性比相邻团簇的更强，且在质谱中显示很高的丰度。同时，中性和带电荷YbSin团簇的相对稳定性变化基本一致。根据HOMO-LUMO能隙可知：与纯硅团簇的HOMO-LUMO能隙相比较，YbSin、YbSin+和YbSin-团簇的普遍变窄，说明在Sin团簇中掺入一个稀土金属Yb原子并没有增强其化学稳定性。因此，在中性和带电荷YbSin团簇中，面戴帽Yb原子对Sin+1团簇的HOMO-LUMO能隙影响很大。同时，YbSi2、YbSi7、YbSi10、YbSi13、YbSi+4和YbSi7-团簇的化学稳定性比其它团簇的更强。因此，正、负电荷对YbSin团簇的几何结构、稳定性和电子性质的影响相对较小。布居分析发现：在YbSin和YbSin(n=1-13)团簇中，Yb原子的Muliken布居(MP)和Hirshfeld电荷(HC)的数值都为正；然而对于YbSin-团簇，YbSi-、YbSi2-和YbSi3-中Yb原子的净MP和HC的值为负，而YbSin-(n=4-13)中的相应值却为正的，这是由于给中性团簇附加一个负电荷，该电荷在这些团簇中的Yb和Si原子之间重新分配使得YbSi-、YbSi2-和YbSi3-团簇中Yb原子的净MP和HC的值为负的。因此，YbSin、YbSin+和YbSin-(n=1-13)团簇中的电荷都是从Yb原子转移到Sin团簇，并且这些团簇中的Yb原子是施主电荷。 利用广义梯度近似(GGA)并采用了LB94势的含时密度泛函理论(TDDFT)系统地研究了最稳定YbSin(n=2-13)团簇的光学性质。计算结果表明：YbSin(n=2-6)团簇的光谱主要分布在可见光区，同时，YbSi2、YbSi4和YbSi6团簇的光谱也有分布在近红外光区的，但是它们在近红外光区分布的很少，相比较而言，它们的振荡强度也很弱；与YbSin(n=2-6)团簇的光谱相比较，在YbSin(n=7-13)团簇中，除了YbSi10和YbSii3团簇外，它们的光谱整体均向近红外光区移动，即发生了红移。YbSi10团簇的光谱分布在可见光区的绿光到红光范围内，同时，YbSi13团簇的光谱主要集中在可见光区的黄光到红光范围之内。因此，最稳定YbSin(n=2-13)团簇的光谱主要分布在可见光区和近红外光区。