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。     

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.     

钇钡铜氧超导体表面电子特性研究

基于散射理论的格林函数方法，采用三近邻紧束缚模型描述超导氧化物YBCO的体电子结构，对YBCO（001）表面的3种可能截断的铜氧表面电子结构进行了计算，计算结果表明，相对于体电子结构特征，理想截断的CuO表面，其表面电子结构和体电子结构的差别较大，突出表现为在费米能级附近态密度有很大减少，相反，对另外两种理想截断的CuO2表面，没有表现出这种差别，计算给出了表面投影能带结构和表面角分辨的能级谱，并将这些计算结果同已有实验结果作了比较。     

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。     

原子位置驰豫对ZnS（110）表面电子结构的影响

用总能量最小方法，确定了ＺｎＳ（１１０）表面的原子几何结构，得到与弹性低能电子衍射实验相符的结果，利用格林函数的散射理论方法，计算了ＺｎＳ（１１０）表面的电子结构，在此基础上，讨论了晶格驰豫对表电子特性的影响。     

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．     

自组织纳米复合薄膜BiFeO3-CoFe2O4的微结构与相成分

采用先进电子显微术在原子尺度研究了（001）单晶SrTiO₃衬底上生长的纳米复合薄膜0.65BiFcO₃-0.35CoFe₂O₄的组织形态以及界面结构.BiFeO₃（BFO）和CoFe₂O₄（CFO）两相在外延生长过程中自发相分离,形成自组织的复合纳米结构.磁性尖晶石CFO呈方块状均匀分布于铁电钙钛矿BFO基体中,并沿[001)1]方向外延生长,形成垂直的柱状纳米结构.两相具有简单的立方-立方取向关系,即[001]_BFO//[001]_CFO和（100）_BFO//（100）_CFO,且界面为{110}晶面.薄膜表面起伏不平,形成CFO{111}小刻面而BFO则为平整的（001）表面.能谱分析结果表明各相成分均匀分布并无明显的元素互扩散发生.     

硅掺杂碳纳米管的第一原理研究

采用密度泛函理论研究了纯（5,5）碳纳米管和硅掺杂（5,5）碳纳米管的几何结构和电子结构,计算了硅掺杂后碳纳米管局部结构的变化、硅掺杂碳纳米管的形成能和表面的电荷分布,以及硅原子掺杂前后碳纳米管的差分电荷密度。研究结果表明硅原子掺杂对碳纳米管的结构影响很大,硅原子与碳原子形成化学键,引起碳纳米管上电荷重新分布,引起电荷转移。     

GaAs(114)A表面投影能带和表面态分析

基于GaAs(114)A表面的几何结构，采用散射理论的格林函数方法，首次从理论上计算了GaAs（114）A表面的电子结构，得到了该表面的投影能带结构，并从键合结构上分析了各表面态的轨道特征和色散特性，结果表明，在基本带隙中有4个表面态，异极带隙中有2个表面态，这些表面态分别与表面的离子悬挂键相对应。     

Si（001）-2×1重构表面吸附锂原子的第一性原理研究

采用六层硅原子超原胞模型,基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）用广义梯度近似（GGA）和有效核势数值基函数组,模拟了锂原子在S i（001）-2×1重构表面上的吸附.模拟中采用三种不同的初始构型,优化计算结果都显示在吸附锂原子后,S i（001）-2×1重构表面的二聚物基本消失,锂原子在新表面的四个硅原子形成的空位上方时体系能量最低.同时还分析了二聚物中两个硅原子的＂亲电子＂性以及费米面附近态密度的变化.     

Surface study of the reconstructed anatase TiO_2(001) surface

The anatase TiO₂(001) surface has attracted extensive attention in surface science and for practical applications because of its excellent performance. However, the highly reactive(001) surface usually reconstructs to a(1 ×4)-(001) surface, which may potentially alter its properties. As a result, there are still controversial issues concerning the intrinsic performance of this surface. Recently, significant advances have been made in the surface science study of TiO₂(001), ...     

电火花线切割加工表面形貌分形特征

针对电火花线切割加工表面形貌不规则、无序性等特点,基于分形几何理论,研究了电火花线切割加工表面形貌的分形特征,利用结构函数法计算其分形维数,并给出了电火花线切割表面特征分形维数的物理意义.研究表明:电火花线切割表面形貌在一定尺度范围具有明显的分形特征,加工参数的设定、脉冲电源的性能等因素影响分形维数D的大小,分形维数D和表面粗糙度Ra有一定的对应关系,将分形维数D和表面粗糙度Ra结合起来描述线切割加工表面的形貌特征更为合理.     

第一性原理计算锐钛矿（101）面的电子结构

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法计算了锐钛矿（101）表面的电子结构．首先对锐钛矿完整（101）表面模型进行结构优化,在此基础上计算了电子结构,得到了能带结构和态密度等数据．结果分析表明表面的电子结构与体相基本相同,在完整表面上没有出现表面态,驰豫后完整的锐钛矿（101）表面是稳定的,表面价带主要由O2p组成,导带主要由Ti3d组成,表面导带态密度变窄导致表面能隙比体相能隙略增大．通过表面原子局域态密度和Mulliken净电荷的分析,推测O2c、O3c、Ti5c可能是活性位置．     

表面形貌的分形特征研究

该文基于分形几何理论研究了表面形貌的分形特征,用结构函数法计算表面轮廓的分形维数,用Taylorsurf-6型轮廓仪对磨损前和磨损后的缸套内腔表面轮廓进行测量.分形分析结果表明,缸套内腔表面具有多重分形特征,其临界波长的大小与珩磨时的磨粒直径相对应.     

关于曲面在一点邻近的结构研究

微分几何主要运用数学分析的理论,研究曲线或曲面在它一点邻域的性质。曲面上一点的邻近结构和曲面在一点的杜邦指标线密切相关,因此将二次曲线的一些基本理论与曲面的局部理论联系在一起,可以对曲面在一点附近的形状作一个大致地分析。     

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.     

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。     

Angular dependent NEXAFS study of the molecular orientation of PTCDA multilayers on Au （111） surface

The molecular orientation of perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid dianhydride (PTCDA) multilayers adsorbed on Au (111) surface has been investigated using angular dependent O K-edge near edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy. The significant angular dependence of important resonant structures (π* and σ*) reveals that PTCDA molecules adopt an ordered geometry on the substrate surface. The average tilt angle of the PTCDA molecular planes is 27°±10° from the Au (111) surface.     

The structure and chemistry of the TiO(2)-rich surface of SrTiO(3) (001)

Oxide surfaces are important for applications in catalysis and thin film growth. An important frontier in solid-state inorganic chemistry is the prediction of the surface structure of an oxide. Comparatively little is known about atomic arrangements at oxide surfaces at present, and there has been considerable discussion concerning the forces that control such arrangements. For instance, one model suggests that the dominant factor is a reduction of Coulomb forces; another favours minimization of 'dangling bonds' by charge transfer to states below the Fermi energy. The surface structure and properties of SrTiO(3)--a standard model for oxides with a perovskite structure--have been studied extensively. Here we report a solution of the 2 x 1 SrTiO(3) (001) surface structure obtained through a combination of high-resolution electron microscopy and theoretical direct methods. Our results indicate that surface rearrangement of TiO(6-x) units into edge-sharing blocks determines the SrO-deficient surface structure of SrTiO(3). We suggest that this structural concept can be extended to perovskite surfaces in general.