半导体材料,尤其是硅基材料,它不仅作为发展新颖和可控纳米材料的基本构建单元,而且在现代微电子工业有着不可否认的重要性。纯硅团簇由于存在大量不饱和悬浮键导致硅团簇本身不适合作为纳米尺度的基本构建单元。稀土被誉为工业“黄金”,稀土金属掺杂硅团簇不仅能稳定硅团簇的结构,而且还能产生新的磁性,光学活性,电子特性以及其他性质。稀土金属掺杂硅团簇在微电子工业,能源,材料和化学工业领域应用广泛。通过采用密度泛函方法研究了RMSi_n（RM=Dy,Tb,n≤20）中性及其阴离子团簇的基态结构及其结构演变模式,计算了它们的绝热电子亲合能（AEA）、电子垂直解离能（VDE）、原子化能和HOMO-LUMO能隙。模拟了光电子能谱,并分析了相对稳定性。通过使用ABCluster全局搜索技术结合B2PLYP双杂化密度泛函方法系统地研究了Dy Si_n（n=3-10）团簇及其阴离子的基态结构,电子结构和电子性质包括绝热电子亲和能（AEA）,电子垂直解离能（VED）,模拟光电子能谱,HOMO-LUMO能隙,电荷转移和磁矩。结果表明:（1）中性Dy Si_n（n=3-10）基态结构可以看作是用一个Dy原子取代Si_n+1基态结构的一个Si原子。对于阴离子,额外电子显著影响基态结构。从n=6开始,阴离子Dy Si_n^-（n=3-10）基态结构不同于它们对应的中性结构。（2）中性Dy Si_n（n=3-10）的电子态为5态,而Dy Si₄和Dy Si₉的电子态为7态。对于阴离子,基态的电子态为6态。（3）HOMO-LUMO能隙的分析表明Dy原子掺杂硅团簇可以显著提高它们的光化学活性,尤其是Dy Si₉。（4）自然布局分析（NPA）显示Dy Si₄,Dy Si₉和Dy Si_n^-（n=4,6-10）中Dy的4f电子参与了成键。也就是说,Dy Si_n属于AB类型。Dy原子的4f电子实质上对Dy Si_n和它们的阴离子团簇提供了总磁矩。（5）对Ln（Ln=Pr,Sm,Eu,Gd,Ho和Dy）从Ln Si_n和它们的阴离子团簇断裂的能量进行评估来检验相对稳定性。通过使用ABCluster全局搜索技术结合B2PLYP双杂化密度泛函确定铽掺杂硅团簇及其阴离子团簇Tb Si_n^0/-（n=6-18）基态结构并比较模拟光电子能谱与实验光电子能谱的一致性。结果表明:（1）中性团簇的结构演变模式更倾向于由取代结构向从n=16开始的笼形结构演变。而对于对应的阴离子团簇,结构演变模式采用连接结构向笼型结构演变。（2）自然布局分析表明Tb Si_n^0/-（n=6-18）团簇中Tb原子的4f电子参与成键的方式是将一个电子转移到5d轨道（[Xe]6s²4f ⁹→[Xe]6s²4f ⁸5d¹）,显著影响团簇的磁性和光电子能谱的形貌。中性Tb Si_n和对应的阴离子团簇的总磁矩分别约为7μB和6μB,大于单个Tb原子的总磁矩。（3）HOMO-LUMO能隙,相对稳定性和化学键分析说明Tb Si^-₁₆团簇是一个有着优良的热力学和温和的化学稳定性的超原子团簇。