Ir（110）表面原子结构、氧原子吸附和STM图像的第一性原理研究

用密度泛函理论（DFT）的总能计算研究了金属Ir（110）表面结构以及氧原子的吸附状态.计算得到Ir（110）-（1×1）的外层表面间的弛豫分别是-13.3%（△d12/d0）和＋6.1%（△d23/d0）,表面能σ=175meV-2,功函数Φ=5.22eV;相应的Ir（110）-（1×2）缺列再构表面的△d12/d0=-9.7%,△d23/d0=-2.4%,表面能为169meV/2,Φ=5.33eV.研究Ir（110）-（1×1）和（1×2）再构表面氧吸附,发现各吸附位置的吸附能值均为正值,表明吸附为放热反应,且氧原子最有可能吸附在短桥位（shortbridgesite,SB）.同时我们还模拟计算Ir（110）-（1×2））缺列再构表面和氧吸附再构表面的扫描隧道显微镜（STM）图像并记录STM针尖的起伏变化,结果显示表面吸附氧的位置远高于{001}方向的铱原子列,但是在STM形貌图上氧原子基本上没有凸起.     

新鲜多孔硅(001)表面结构与电子特性理论研究

在周期边界条件下的k空间中,采用基于密度泛函理论的广义梯度近似(GGA)平面波超软赝势法,建立H12S i31几何模型来对表面主要被H覆盖的新鲜多孔硅(Porous S ilicon,PS)(001)表面最外层的S i—H键的几何结构和电子特性进行初步的理论研究.计算得到氢化PS(001)表面几何结构S i—H键长为0.148 nm、H—S i—H键角为106°,并通过原子布居数、电子密度图分析得到氢化PS表面原子的电子特性.     

吸附原子及二聚物在Ag（111）和Cu（111）表面上的扩散和解离研究

采用分子动力学静态计算的方法分别对Ag、Cu和Ag2、Cu2在Ag（111）和Cu（111）表面上的扩散势垒分别进行了计算,探讨同质和异质以及异质中互换衬底和吸附原子的情况下吸附原子或二聚物在表面上的扩散和解离势垒的特点,并与吸附原子或二聚物与衬底的结合能、匹配关系等进行比较,探讨吸附原子和二聚物的扩散势垒与结合能、失配度等的关系．原子间相互作用采用半经验的EAM势．结果表明：对于同一衬底表面来说,不同的吸附原子或二聚物在表面上的扩散势垒似乎和它们与表面的结合能有关;在不同的衬底表面上,单个吸附原子或二聚物的扩散势垒和它们与衬底的匹配关系关联密切．     

复杂材料体系的第一原理研究

对复杂材料体系进行量子力学的从头计算一睦是材料和物理科学重要方向。采用密度泛函理论和第一原理赝势法,我们对经下一些复杂的体系进行了研究,包括：1）计算了铝中锂,硅,镁等重要杂质的形成能,说明了这睦杂质形成替位的可能性;2）研究了过渡金属W,Mo和Nb（001）表面在外加电场下的表面基态结构的改变。发现了W（001）和Mo（001）表面的基态结构随着电场的增强而相变,而Nb(001）表面的结构却不会改变;3）从第一原理的角度研究了由Al12X(X=C,Si,Ge)原子集团构成晶体的可能性,指出通过A112X集团立方密堆积的方法来构造半导体是不合适的;4）计算了一系列过渡金属在Al(001)表面上的吸附,发现Pt,Au吸附时的：“反常”功函数变化行为。     

甲烷在硅底靶上吸附的计算机模拟研究

采用Tersoff和Brenner作用势,用分子动力学模拟方法,研究了甲烷入射到硅（001）-（2×1）表面的动力学过程。通过定点入射模拟计算出6个代表点的吸附阈值,分析了多种吸附结构。计算了随机入射的吸附概率。讨论了入射位置以及甲烷荷能大小对吸附结构的影响。     

覆盖度对S原子在不同过渡金属表面吸附性质影响

采用第一性原理方法对不同覆盖度下S原子在Co(0001)表面吸附能、吸附引起体系表面功函和电子态密度分布变化进行计算并与S/Pd(111)等体系结果进行对比.结果表明:在Co(0001)表面S原子吸附能值随覆盖度增加而降低,在覆盖度1.0 ML时形成S2吸附结构；S原子吸附后体系功函变化和电子态密度分布变化与S/Pd(...     

CH在再构的金刚石（001）-（2×1）表面吸附的计算机模拟研究

用分子动力学模拟方法,研究了甲烷（CHI）在金刚石（001）-（2×1）表面的碰撞动力学过程与化学吸附构型的关系．观察到了甲烷分子表面碰撞产生的5种化学吸附结构,主要讨论了入射位置以及甲烷入射时的空间取向和入射能量对吸附结构的影响,并分析了单次碰撞过程和CHl分子与表面的能量交换关系．     

C2分子在有缺陷和无缺陷两种不同金刚石表面吸附的计算机模拟比较

本文用分子动力学方法在原子层次模拟研究了（不同入射能量的）Q分子在金刚石（001）-（2×1）表面的吸附过程,重点讨论了无缺陷衬底和缺陷衬底上多个对应位置对Q分子的吸附过程,并作出比较,结果表明,有缺陷底靶对Q分子的吸附效果要好于无缺陷底靶对Q分子的吸附效果．     

Si在Si（111）表面吸附过程的分子动力学模拟

利用Tersoff半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法研究了荷能的硅原子在Si(111)表面的吸附过程.对100K时,初始入射动能分别为5,15,25,30eV的硅原子从6个不同位置轰击Si(111)表面进行了模拟,观察到了硅原子在Si(111)表面形成的吸附结构,并讨论了不同入射位置和入射能量对吸附结构的影响.结果表明,硅原子相对于表面不同的局部构型发生不同的碰撞过程,而硅原子入射能量的提高有利于成键过程的发生,从原子尺度模拟了沉积机制.     

金的氰化物在白云母表面的吸附研究

针对浸金过程中白云母与金的氰化物的吸附现象,采用实验与量子化学计算相结合的方法进行研究.在不同搅拌时间条件下,搅拌吸附实验证明金的氰化物与白云母表面均能发生吸附,最大吸附率和单位吸附量分别为8.07％和0.019 mg/g.利用Materials Studio软件中基于密度泛函理论的CASTEP模块进行量子化学计算,计算金的氰化物在白云母(001)表面的吸附,得到白云母最佳结构优化参数为密度泛函GGA-PBESOL,k点为6×3×1,截断能为360 eV;确定白云母的原子层厚度为3.8188 nm,真空层厚度为1.6 nm.模拟计算表明,金的氰化物在白云母表面的吸附能分别为-134.63 kJ/mol、-185.28 kJ/mol,两种离子均能吸附在白云母(001)表面.Mulliken布居分析表明,金的氰化物中的N原子电子转换到白云母表面Si原子上,N原子与Si原子成键,且成键作用较强.     

GaN（0001）表面吸附TiO2的DFT研究

建立了GaN(0001)2×2表面吸附模型,采用基于DFT动力学赝势方法,对TiO2分子的吸附进行了理论计算.研究了TiO2分子在GaN(0001)表面的吸附成键过程、成键方位及表面化学键特性.计算结果表明吸附过程经历了物理吸附、化学吸附与稳定态形成的过程,化学结合能达到7.184～7.423 eV.不同初始位置的TiO2分子吸附后,Ti在fcc或hcp位置,两个O原子分别与表面两个Ga原子成键,Ga—O化学键表现出共价键特征,O—O连线与GaN[11-20]方向平行,与实验观测(100)[001]TiO2//(0001)[11-20]GaN一致.     

异种原子及原子团簇在Cu表面扩散势垒的静力学计算

利用分子动力学中的静态计算方法分别计算了单个增原子(Cu, Ag, Pd)以及二聚物(CuCu, AgAg, PdPd, CuAg, CuPd)在金属铜表面上的扩散势垒,并将计算结果进行了分析比较.结果表明: 1)相对交换机制而言,Cu表面增原子和二聚物容易通过跳跃机制扩散;不同种类的增原子的跳跃扩散势垒的大小关系是E(Ag)相似文献   

单个砷原子在砷化镓富砷表面的迁移行为

采用分子动力学方法计算了单个砷原子在砷化镓(001)β2(2×4)富砷表面迁移的势能面,研究了砷原子在该表面上的迁移行为。结果表明,在该表面存在一部分低能量的吸附位和一条平行于砷二聚体的迁移路径。且在这条迁移路径中,砷原子迁移所需要跃过的势垒均小于0.6 eV.因此在常温情况下,砷原子有可能在这条迁移路径中聚合成团簇。     

Au原子在H-Si（001）表面扩散的研究

本文用第一原理总能理论研究了金属Au在H-Si(001)表面的吸附与扩散。计算表明,Au原子的吸附不能打破Si二聚体键,其稳定吸附位置处于一个Si二聚体的中部;同时还给出了Au原子处于其它位置时的能量以及相对于Si(001)表面的高度,分析了Au原子在H-Si(001)表面的可能扩散路径。     

吸附诱导表面应力的分子动力学模拟

应用分子动力学方法结合镶嵌原子势,模拟研究了同质吸附Cu/Cu(100)和异质吸附Al/Ni(100)纳米薄膜中的吸附诱导表面应力.结果表明吸附原子对表面应力的影响主要源于两种原子间的相互作用;吸附原子和底物表面原子的结合将导致底物表面原子之间的化学键的强度减弱和平衡键长增加,从而导致表面压应力增加;吸附原子之间的相互作用也导致表面应力的变化,吸附原子间的吸引作用导致表面拉应力,而排斥作用导致表面压应力.这两种原子间相互作用所引起的表面应力与吸附原子的密度密切相关,吸附原子与底物表面原子的结合所引起的表面应力的大小与吸附原子的密度成线性关系,而吸附原子间的相互作用所引起的表面应力与吸附原子密度间呈非单调的依赖关系.     

铟吸附氢钝化Si(100)表面的结构和稳定性研究

采用第一性原理理论研究了In吸附氢钝化的Si(100)面的结构和稳定性.对In原子吸附结构的计算表明不同的重构表面其吸附结构也是不同的:In在H/Si(100)-(2×1)面的吸附能高于In在H/Si(100)-(1×1)面的吸附能;由于氢原子对硅表面的钝化作用,使得In在Si衬底的外延生长被破坏,In原子易在衬底表面形成团簇.对In原子是否会向衬底扩散并与H原子发生交换的研究结果表明:In原子吸附于H/Si(100)表面比与H原子发生交换具有更稳定的能量.因此,在平衡条件下,In原子不会与H原子发生交换.     

多孔硅吸附性能的量子化学研究

用量子化学方法中的密度泛函理论,在B3LYP/6-31G(d)水平上,采用模型化学方法和Gaussion03程序,计算由不同数目硅原子组成的一维量子线模型和二维网状模型分别吸附氢原子、氧原子、氧分子、硝酸根和高氯酸根的模型进行计算,考察各模型吸附前后的电子状态、能隙、原子电荷、键强等因素,计算结果表明:在吸附有不同原子、分子的多孔硅表面上,表面硅原子与内层硅原子间的化学键均被削弱,对于解释多孔硅的发光和爆炸性质有一定的理论指导意义.     

HCl气体在烧结矿表面的吸附机理及特性

基于密度泛函理论,对HCl气体在烧结矿表面的吸附机理进行模拟计算,并且通过实验研究了不同反应温度、烧结矿粒度和HCl气体流量条件下烧结矿表面吸附HCl气体的特性规律.结果表明：HCl在α-Fe2 O3(001)表面的最大吸附能为-175.91 kJ·mol-1,为化学吸附. Cl原子与基底表面的Fe原子发生反应结合成Cl-Fe键.吸附后Fe-O键长变短,Fe-O键能增加,结构更紧密. Cl原子与Fe原子结合成键后,削弱Cl原子与H原子的结合.温度对烧结矿吸附氯元素量的影响较大,随着温度升高,氯元素吸附量逐渐增多;随着烧结矿粒度增大,氯元素吸附量逐渐减少;随着HCl气体流量的增加,氯元素吸附量迅速增加.     

ZnO（10-↑10）面结构的从头计算

基于密度泛函理论（DFT）的第一原理超级原胞模型,计算了ZnO（10-↑10）非极性表面的结构．计算结果表明,顶层Zn原子明显向体内弛豫0．0328nm,第2层Zn原子的弛豫远离体材料0．0237nm,使得它类似于表面原子．顶层O原子的弛豫仅为0．0146nm,导致表面Zn-O二聚体有强烈扭转．扭转角达9．2°．计算结果与其他理论计算结论和实验结论吻合的很好．此外,还计算分析了ZnO的态密度．     

CS2和COS在y-A12O3表面吸附的密度泛函理论研究

煤气中的有机含硫化合物CS2和COS对环境及后续的反应带来很大的危害,常用Al2O3进行脱硫处理。小分子在固体表面的吸附是研究气固反应的基础。采用量子化学密度泛函理论方法研究了CS2和COS在y-Al2O3（110）表面的吸附,结果表明CS2最稳定的构型为C82的3个原子分别与表面的Al0一Al键中的3个原子作用,形成了（COS2）。一物种,此构型的吸附能为107．98kJ／mol;COS以SC键-9表面的1个Al-O键作用时最稳定,吸附能为99．99kJ／mol。通过分波态密度和小分子吸附前后净电荷的变化可知,在这两个构型中,小分子与表面有很强的相互作用。