ساخت و کاربرد نانوساختارها و نانوذرات، تحول عظیمی را در علوم و فناوری ایجاد کرده است. دسته ای از این مواد خوشه های کوچک عناصر فلزات واسطه هستند که به دلیل برخورداری از خواص فیزیکی و شیمیایی خاص خود، توجه زیادی را به خود معطوف کرده اند. یکی از این خوشه ها، خوشه های مغناطیسی آهن هستند که به دلیل پیچیدگی های ناشی از نیمه پر بودن اوربیتال dی آن ها، هنوز خواصشان مورد مطالعه و بررسی تجربی و نظری می باشد. در این پروژه با استفاده از برنامه ی شبیه سازی کوانتوم- مکانیکی fhi-aims خواص خوشه های آهن را بررسی کردیم. در ابتدا به منظور تایید صحت نتایج بدست آمده، خواص انبوهه ی آهن را توسط دو نرم افزار aims و wien2k بدست آورده و با هم مقایسه کردیم و تطابق خوبی بین مقادیر کمیات محاسبه شده در دو نرم افزار مشاهده شد. پس از بهینه سازی دقت محاسبات، خواص ساختاری، الکترونی، مغناطیسی و ارتعاشی خوشه های دو تا شش اتمی آهن مورد محاسبه و بررسی قرار گرفت . نتایج حاصل نشان می دهند که ساختارهای سه بعدی با بیشترین تعداد پیوند ممکن، ایزومرهای پایه هستند. این خوشه ها مغناطش میانگین بالاتری نسبت به انبوهه دارند ولی ناپایدارتر از انبوهه هستند و لذا واکنش پذیری بالایی دارند. به طور کلی با افزایش تعداد اتم های خوشه ها، خواص آن ها به خواص انبوهه شبیه تر می شود. از آن جایی که خوشه های آهن به دلیل واکنش پذیری بالا به راحتی با یکدیگر پیوند خورده و کلوخه می شوند و نیز به سرعت اکسید شده و مغناطش بالای خود را از دست می دهند، معمولاً آن ها را با یک یا چند لایه از اتم های طلا پوشش می دهند. لذا به عنوان اولین قدم در بررسی این فرآیند، اثر افزودن یک اتم طلا در خواص خوشه های آهن از جمله در میزان پایداری، مغناطش و جلوگیری از اکسیدشدن را مورد بررسی قرار دادیم. نتایج نشان می دهند که با اضافه شدن اتم طلا، خوشه های آهن پایدارتر می شوند ولی تغییر چندانی در مغناطش آن ها بوجود نمی آید. همچنین مشاهده شد که یک اتم اکسیژن، تمایلی به جذب بر روی خوشه یfeau از سر طلای آن ندارد. این مشاهده پوشش خوشه های آهن بوسیله ی لایه های طلا را برای جلوگیری از اکسید شدن تأیید می کند.

نقره از جمله عناصری فلزی است که به واسطه‎‎ ی خواص آنتی باکتریال که از خود نشان می دهد‏، از زمان های گذشته مورد استفاده بوده است. امروزه با استفاده از فناوری نانو و باتوجه به این که در مقیاس نانومتر نسبت سطح به حجم افزایش و میزان اثرگذاری و واکنش پذیری این ماده نیز فزونی می یابد؛ از نانوخوشه های نقره به عنوان کاتالیزور و یک ماده ضدعفونی کننده استفاده می شود. آلیاژ کردن این ماده با عناصر دیگر نظیر پالادیم که یک فلز گران قیمت و یک کاتالیزور بسیار خوب در حالت بلوری و در مقیاس نانومتر می باشد علاوه بر افزایش خواص کاتالیزوری باعث صرفه ی اقتصادی نیز خواهد شد. در این پایان نامه ‎‎‎با‎ استفاده بسته ی محاسباتی "شبیه سازی مولکولی ابتدا به ساکن موسسه ی فریتز هابر ‎ ‎lr{‎(‎‎fhi-‎aims)‎}‎‎`` نانوخوشه های خالص نقره‏ و نانوخوشه های آلیاژی نقره با یک و دو پالادیم بررسی شده است. این بسته محاسباتی در درجه اول متکی بر اصول نظریه تابعی چگالی است‏، همچنین تصحیحات بس ذره ای مانند خود انرژی های gw‎ ‎را نیز‎‎ در برمی گیر‎د.‎ ‎در ابتدا به منظور تایید محاسبات انجام شده با این کد‏، خواص ساختاری و الکترونی دو تایی و بلور نقره با استفاده از بسته ی محاسباتی ‎{wien2k‎ ‎‎ ‎نیز محاسبه شد و همخوانی بسیار خوبی بین نتایج به دست آمده از این دو بسته محاسباتی مشاهده شد. پس از بهینه سازی پارامترهای ورودی و انتخاب تابعی تبادلی-همبستگی مناسب‏، در مرحله ی بعد‏، ساختارهای مختلف نانوخوشه های دو تا نه اتمی نقره بررسی و پایدارترین ساختار برای هر خوشه‏ تعیین شد. دیده شد که اثر یان تلر یک عامل تعیین کننده در هندسه ی نانوخوشه‎ های‎ پایدار نقره می باشد. و در نهایت خواص ساختاری‏، الکترونی ‏(انرژی واپاشی و الکترون خواهی‏، پتانسیل یونش‏،گاف انرژی ‎‎homo-lumo‎‎)، مغناطیسی و ارتعاشی این خوشه ها محاسبه و روند کلی اثر اندازه بر این خواص بررسی شد. محاسبات انجام شده نشان می دهد که خوشه های کوچک تر از هفت اتم داری ساختارهای دو بعدی و خوشه های بزرگ تر دارای هندسه های سه بعدی می باشند. همچنین ‎همگرایی‎ طول پیوند میانگین‏، عدد هم آرایی میانگین و انرژی بستگی این خوشه ها به مقادیر نظیر در حالت انبوهه مشاهده شد. مشاهده کردیم که خوشه های خالص با تعداد اتم زوج نسبت به خوشه های با تعداد اتم فرد پایدارترند. برای خوشه های آلیاژ شده ی نقره با یک و دو اتم پالادیم بعد از تعیین ساختارهای پایدار مشخص شد که در خوشه های آلیاژی نقره با یک پالادیم نیز گذار از ساختار دو بعدی به سه ساختار سه بعدی از نانوخوشه ی هفت اتمی آغاز می شود و همچنین ساختار هندسی نانوخوشه آلیاژی کوچک تر از هشت اتم مشابه خوشه های خالص نقره می باشد. در حالی که در مورد خوشه های آلیاژی نقره با دو پالادیم از نانوخوشه ی چهار اتمی به بعد ساختارهای سه بعدی پایدار هستند و هندسه این نانوخوشه های آلیاژی و بیشتر به ساختار هندسی خوشه های خالص پالادیم نزدیک می باشد . علاوه بر این تفاوت رفتار‏، پایداری نسبی (اندازه جادویی) با آلیاژکردن خوشه های خالص نقره تغییر کرده است. ‎ نظریه تابعی چگالی، ‎