Cu(111)表面能及功函数的第一性原理计算

应用基于局域密度泛函理论的第一原理赝势法,计算了铜体材料的结合能及晶格常数的理论值,并由此计算了Cu(111)面的表面能及功函数。计算所得到结果与实验数据吻合较好。     

衬底表面生长Pb膜的量子尺寸效应及驰豫结构研究

项目主要研究在半导体和金属衬底上生长Pb薄膜时的量子尺寸效应,即纳米量级的厚度对薄膜生长规律的影响,进而探讨量子尺寸效应对驰豫结构的影响.这是当前凝聚态物理中两个重要方向———量子尺寸效应和薄膜驰豫结构的交叉点.到目前为止,还没有发现有人开展这样的工作.因此,该项目的研究必将会对凝聚态物理的发展产生一定的影响.     

第一性原理研究碳在Ni(111)表面上的功函数及磁性

应用基于密度泛函理论广义近似梯度下的第一性原理方法计算了不同覆盖度下C吸附在Ni(111)表面的吸附能、功函数以及材料的磁性.计算结果表明,无论C原子是吸附在F位或是H位,对应相同的覆盖度,吸附能的大小基本保持一致.而且,随着C吸附覆盖度的增加,吸附能呈线性减小.同时,通过C的吸附可以诱导Ni(111)表面功函数和磁性发生变化,即材料表面功函数的变化量(ΔΦ)随着C覆盖度(θ)的增加而增大,并且材料表面层和次表面层的磁矩表现出明显减小的变化规律.     

Si（111）面电子结构、表面能和功函数的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论（DFT）框架下的平面波超软赝势法研究了体相Si和Si（111）面。计算得到的体相Si的晶格常数、体积模量和结合能较好地与其它文献结果吻合。在表面结构中，由于Si-3p态的影响导致键长和电荷密度的改变。键长在第一二层，二三层和三四层之间由2．338A变为2．286A，2．382A，2．352A，电荷密度由0．57946×10^3 electrons／nm^3变为0．60419×10^3，0．5143×10^3和0．55925×10^3 electrons／nm^3。计算得到的Si（111）的表面能和功函数为Si的应用提供了理论依据。     

稀土四硼化物表面性质的第一性原理研究

电子发射材料的性能通常与功函数和表面稳定性有关。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理,计算五种四硼化物(RB₄,R为稀土金属La、Ce、Gd、Tb、Dy)的功函数和表面能。计算表明,RB₄表面性质取决于晶体表面取向和终结面原子。当终结面为稀土原子时,等化学计量和非化学计量表面的功函数和表面能都会降低。其中功函数降低约1.5 eV,非化学计量比的表面能平均降低0.3 J/m²。LaB₄的理论发射性能最好,是一种潜在的新型电子发射材料。     

金属镓在Bi(111)表面上的吸附和合金化

利用超高真空-低温隧道扫描显微镜,结合第一性原理计算,研究了金属镓原子在Bi(111)表面上的吸附和合金化过程.在低温条件下沉积镓原子,一部分镓原子会聚集在衬底表面形成小液滴,另一部分则会依附在Bi(111)台阶处形成略矮于原台阶高度的镓铋合金.在室温退火后,聚集的小液滴会脱附,被真空泵抽离后,样品表面的台阶边缘处留下大面积的镓铋合金,合金结构的晶向与衬底相同,原子排列方式为六角密排结构.模拟计算发现,沉积在Bi(111)表面的镓原子替代第2层的铋原子形成镓铋合金结构的能量最低,结构最稳定,且模拟的镓铋合金的层高与实验结果一致.     

应用Abinit软件研究MgB2超导薄膜的量子效应

为了研究超导薄膜材料的量子效应,采用基于第一性原理和密度泛函理论的Abinit计算软件,对MgB2薄膜的原子层间弛豫、平均总能量和递增能进行模拟计算研究。研究结果表明:对于以B和Mg为终结面的MgB2超导薄膜,薄膜的原子层间弛豫大小、递增能都随着薄膜厚度的增加而呈现振荡现象。采用全量子计算的研究结果对超导薄膜材料的理论和实验研究具有一定参考价值和指导意义。     

第一性原理研究贵金属Co、Rh、Ir的表面能和表面功函数

应用基于密度泛函理论的第一性原理计算了Co、Rh、Ir等3种贵金属的3个低密勒指数表面(100)、(110)和(111)的表面能及功函数.对Co、Rh、Ir的3个不同表面的计算结果进行了对比与分析,计算值和实验值符合得较好.对于Ir(100)表面,以表面能和功函数作为Slab层数的函数研究了它们的收敛性,计算结果表明表面能收敛于0.01 J/m2,功函数收敛于0.04 eV.     

用第一性原理研究乙醇胺在Ni(111）和Cu(111）表面的吸附机理

为了探究乙醇胺催化脱氢法中乙醇胺与催化剂之间的作用机理,依据密度泛函理论(DFT),研究了乙醇胺在Ni(111)和Cu(111)表面上各高对称位的吸附机制,优化了乙醇胺在吸附位点Top、Bridge、Hcp和Fcc的吸附结构,并对最稳定吸附构型的吸附能、电荷转移和态密度进行了对比分析。结果表明:乙醇胺以氨基上的氮原子接近Ni(111)和Cu(111)表面Top位时的吸附能最小,分别为-1.31eV和-1.04eV,此时乙醇胺向金属表面的电荷转移量分别为0.08e和0.06e(e为1个电子的电荷量),且吸附后分子内部键长基本不变,说明乙醇胺在Ni(111)和Cu(111)表面的吸附均属于物理吸附,电子态密度分析的结果与当前结果一致;乙醇胺与金属Ni之间的相互作用更强。这些结果为深入了解乙醇胺在Ni(111)和Cu(111)表面的反应机理提供了理论基础。     

在SiO2衬底上生长多晶Ge薄膜的结晶机制研究

在低温条件下生长的多晶Ge薄膜在光伏器件和电子器件领域具有非常广泛的应用。在实验研究中,利用Al诱导结晶的生长方法在200℃的低温条件下,在SiO_2衬底上生长出结晶质量很好的多晶Ge薄膜。实验中,特意在Al薄膜和非晶Ge薄膜之间生长了一层很薄的GeO_x扩散控制层。研究发现,在Al/a-Ge双层薄膜样品中,当Al薄膜与非晶Ge薄膜完成层交换后,生长出的多晶Ge薄膜的晶向得到了有效控制。在非晶Ge薄膜转变为多晶Ge薄膜的结晶过程中,通过进一步控制Ge晶颗粒的成核位置和密度以及二维生长的速率就可以制备出微米量级大小的Ge晶颗粒和(111)晶向较好的多晶Ge薄膜。     

纳米晶硅薄膜的量子尺寸效应研究

最近的一些研究指出，纳米晶硅薄膜具有量子点（ＱｕａｎｔｕｍＤｏｔ－Ｑ．Ｄ）特征。本文依据一些典型的理论模型，具体计算了纳米晶硅量子点（ｎｃ－Ｓｉ：ＨＱ．Ｄ）的量子化能级、激子的能量移动以及体系的库仑能量随纳米硅晶粒尺寸的变化，并结合我们自己，初步分析并讨论了这些能量参数对纳米晶硅量子点的共振隧穿、光致发光（ＰＬ）和库仑阻塞的影响。     

量子尺寸效应对超薄Pb(111)薄膜性质的影响

讨论了超薄Pb(111)薄膜在构型和稳定性方面的量子机制.首先对量子尺寸效应和电子生长以及薄膜稳定性的判断标准作了介绍,然后以Pb(111)薄膜作为例子,介绍了其生长的特性和强烈的量子尺寸效应,最后阐述了量子尺寸效应对薄膜的物理和化学性质具有深刻影响.     

基片温度对Cu—TiC复合薄膜的影响

研究了基片温度对Ｃｕ－ＴｉＣ复合薄膜的影响。Ｃｕ－ＴｉＣ复合薄膜采用多靶磁控溅射仪制备。测定了薄膜的显微硬度及电阻率，并利用ＸＲＤ，ＳＥＭ，ＥＤＡＸ和ＴＥＭ研究了薄膜结构。结果表明，随基片温度的提高，Ｃｕ－ＴｉＣ复合薄膜中ＴｉＣ含量增加，Ｃｕ和ＴｉＣ的晶化逐步完善。     

快速高温热退火对InGaNAs/GaAs量子阱的影响

从系统自由能角度,阐明了MBE生长的InGaNAs量子阱材料在高温热退火过程中的结构和物理性能的变化。在热退火时,In-Ga互扩散和N-As互扩散引起spinodal分解,N原子趋向于与In结合形成In-N键,使InGaNAs材料的带隙增加,从而引起PL谱峰值的蓝移。     

衬底材料对Bi4Ti3O12薄膜取向度的影响

以正丁醇钛和硝酸铋为原料,用Ｓｏｌ－Ｇｅｌ技术分别在Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓｉ、Ｓｉ、Ｙ－ＺｒＯＴｉＯ３（１００）和石英玻璃基片上生长出ｃ轴取向的Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２薄膜,研究了衬底材料表面结构对Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２薄膜取得度的影响,晶格失配能和Ｂｉ４ＴｉＯ１２晶体的晶面能决定了薄膜的取向程度。     

衬底温度对掺杂硅基薄膜结构的影响

采用双离子束溅射沉积法制备的掺杂硅基Si-SiO2和Al-Si-SiO2薄膜,实验中通过改变基片温度获得不同条件下的样品.测试发现,当基片温度低于450℃时,两种薄膜的XRD谱图中并未有明显的晶态峰存在,说明薄膜中并未形成晶态结构,样品的选区电子衍射花样的TEM测试结果也证明如此;当基片温度高于450℃时,XRD谱图中才呈现出几个微弱的晶态峰,说明薄膜中可能有Si或A1的晶粒出现.样品的XPS测试结果表明,Si-SiO2薄膜在温度较低时表现为欠氧富硅的结构SiOx(x ＜2),薄膜中的Si主要是以氧化物的形式存在,当基片温度高于450℃时,根据Si的XPS特征峰的硅双峰结构能够确定薄膜中的硅形成了较显著的硅的原子团簇.而对于Al-Si-SiO2薄膜,Al主要是以单质铝的形式存在,Si是以氧化物的形式存在,实验中可以通过改变靶材中铝片的面积大小,改变薄膜中的铝和硅的含量.     

基底温度对Ti/TiN薄膜内应力的影响研究

摘要：采用反应直流磁控溅射法,在硅基底上制备了一系列不同结构的Ti/TiN多层薄膜。采用X射线衍射仪（XRD）对薄膜物相进行了分析,研究了溅射沉积过程中基底温度对周期薄膜结构及内应力的影响.结果表明：多层薄膜中的Ti出现（101）面,TiN的（200）面衍射峰强度在基底温度为600℃时为最高。随着衬底温度的升高,薄膜内部的压应力逐渐减小,当基底温度在600℃时,薄膜内应力最小。     

Ni纳米颗粒膜输运性质的尺寸效应

采用离子束溅射方法制备了不同名义厚度的非连续Ni金属膜。用原位的直流电导和交流介电谱方法研究了其活化能与薄膜名义厚度的关系；通过原子力显微镜测量了颗粒直径和颗粒间距，估算出薄膜的充电能。比较表明，薄膜的活化能和充电能近似相等，与薄膜名义厚度的关系也很相近，符合Sheng—Abeles模型关于活化能来源于充电能的假设。     

衬底温度对NiTi薄膜晶化温度的影响

采用直流磁控溅射方法, 制备出沉积在不同温度衬底上 的NiTi薄膜. 应用X射线衍射、 小角X射线散射和差热扫描量热法研究了两种衬底温度(室温和573 K)溅射的NiTi合金薄膜晶化温度和在763 K退火1 h的晶化程度.     

衬底对SnO2薄膜结构的影响

ＳｎＯ２透明导电膜的光学、电学特性与它的结构有关。研究守底温度对薄膜结构的影响表明：衬底温度影响薄膜的结晶程度，衬底温度高，容易结晶化，衬底温度低，则易形成无定型结构的膜。