氮化铟(0001)干净和缺陷表面结构研究

利用第一原理研究了纤锌矿结构InN(0001)表面结构.用两种势(US-PP和PAW)对氮化铟晶格常数优化,用US-PP势计算值和实验值符合的更好.US-PP势总能计算表明氮吸附在InN(0001)面的(2×2)结构H3位最稳定,铟吸附在InN(0001)面的(1×2)结构T4位最稳定.InN(0001)表面容易形成铟层,氮空位很可能是造成n型InN的高载流子浓度的施主.     

氮化铟(0001)面氧吸附研究

近年来,由于III族氮化物半导体InN及它的化合物在光电子和微电子器件上的广阔应用前景,已引起了人们极大的兴趣.是由于低的分解温度和高的氮平衡气相压力,使氮化铟的生长变得非常困难.直接生长的未掺杂InN薄膜都具有高的n型导电性[1],其带隙的不确定性也为人们讨论的热点[2].大多数人认为这些问题与氧有关,因此研究InN晶体表面的氧吸附是很有意义的.本文用第一原理赝势方法,采用超原胞模型,研究了氧原子在InN(0001)表面的吸附行为.在计算中,使用VASP,采用密度泛函理论和局域密度近似,In-4d电子作为价电子处理,价电子与离子实的相互作…     

S钝化InN(001)面第一性原理研究

Ⅲ族氮化物半导体是性能优越的半导体材料,在光电子器件方面已有重要的应用,特别是InN具有较小的有效电子质量,较高的室温电子迁移率以及具有半导体中最高的饱和电子漂移速度,被认为在低损耗高效电池及特殊探测器方面具有巨大的应用前景,这就引起了人们越来越多的关注.     

Na掺杂InN磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法探究了Na掺杂InN的电子结构和磁学性质.计算结果表明,Na掺杂InN为p型掺杂,一个Na原子掺杂的InN体系可产生2. 0μB的磁矩,其中Na最近邻的N原子对磁矩的贡献最大.态密度图和自旋密度分布图显示两个掺杂的Na原子之间的N原子间存在较强的p-p相互作用,因此由两个Na原子掺杂产生的磁矩间的耦合为长程铁磁耦合.     

S钝化InN（OO1）面第一性原理研究

III族氮化物半导体是性能优越的半导体材料,在光电子器件方面已有重要的应用,特别是InN具有较小的有效电子质量,较高的室温电子迁移率以及具有半导体中最高的饱和电子漂移速度,被认为在低损耗高效电池及特殊探测器方面具有巨大的应用前景,这就引起了人们越来越多的关注．然而,几乎所有直接生长的InN薄膜都是”型的,薄膜中氧含量相当高,氧含量最高接近10%,体材料被严重污染．近年来,自从San—droff发现通过S对GaAs（001）进行简单的化学处理以后,使GaAs表面的电子性质得到了很大的改善.     

多元合金化对γ-TiAl(111)表面氧吸附影响机理的第一原理研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波第一原理方法,研究了合金化对γ-TiAl合金(111)表面氧吸附的影响机理.结果表明,氧于γ-TiAl基合金表面的吸附是化学吸附,Nb与Si共同掺杂使吸附更容易发生.氧与表面Al和Ti间同时存在共价和离子键作用.且总的作用差别并不大,这就使得TiAl金属间化合物氧化时,能够同时生成TiO...     

Cu对O在ZnO(0001)面上吸附影响的第一原理研究

ZnO作为一种新型的宽禁带半导体材料,具有从蓝光到紫外波段的发光性能.其室温下的激子结合能高达60 meV,制作发光器件可以获得更高的光增益,这在某些方面起着其它材料无法替代的作用.     

煤炭表面吸附甲烷的第一性原理研究

为了研究煤炭表面吸附甲烷的一般规律,从原子层面研究煤炭表面吸附甲烷分子的微观机理。先简化煤炭表面的分子模型,用Materials Studio软件建立煤体表面吸附甲烷的数值模型,用第一性原理方法的VASP软件计算了石墨烯在弛豫和非弛豫状态下吸附甲烷的电荷密度、吸附能等,同时计算了不同甲烷分子在石墨烯顶位和间隙位置的吸附能和态密度。计算结果表明:石墨烯吸附甲烷时,首选在C原子顶位吸附; 吸附甲烷以后,石墨烯的导电性能消失,由导体变成了半导体或绝缘体; 可以通过吸附以后的DOS图中能隙宽度预测吸附能的高低; 随着吸附甲烷浓度的增大,体系吸附能逐渐降低,稳定性也降低。     

金属中氦缺陷的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了面心立方fcc、体心立方bcc和六方密堆hcp结构金属中氦缺陷,计算分析了三种晶体结构金属中四面体间隙位置、八面体间隙位置和替代位置氦原子的形成能．并比较了fcc、bcc和hcp结构中不同位置氦点缺陷的稳定性．     

水在金属镁表面吸附的第一原理研究

采用第一性原理赝势平面波方法,通过Materials Studio软件中的castep模块,研究了水分子在Mg(0001)表面吸附行为,揭示了镁合金钝化机理。研究了水分子在Mg(0001)表面顶位T1、桥位B2、穴位H3、穴位F4吸附情况,重点研究水分子置于T1位置的3种情况,即:水分子平行镁表面T1p,水分子垂直表面T1v,水分子所在平面与镁表面有一定倾斜T1i。计算给出了吸附能、电荷密度、差分密度、水的键长键角,分析了结构的稳定性和原子间的成键情况。结果表明:水分子在Mg(0001)表面吸附时候,氧原子与表面成键,且在顶位吸附且吸附构型是倾斜时最稳定。吸附能为-0.429 3 eV(=-41.21 kJ/mol),并且吸附能大于40 kJ/mol,吸附为化学吸附。吸附过程中表面镁原子的电子向水分子转移,使镁表面电位向正方向移动,会使镁产生钝化。吸附使水分子键长增长,键角增大,即水中各原子间作用减弱,可与Mg形成水合分子或MgO、或Mg(OH)2,从而发生钝化。     

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.     

Sn对O在ZnO(0001)面上吸附影响的第一原理研究

采用第一原理研究了Sn对O在ZnO(0001)极性面吸附的影响.计算表明,ZnO(0001)极性面上单层Sn覆盖层能提高O原子在此面上的吸附能.清洁ZnO(0001)表面上的Sn吸附层使得O吸附层更加活跃,总能计算可以看出O扩散构型比处于顶端的构型更加稳定,这很可能就是Sn充当ZnO纳米结构生长的催化剂的关键所在.与ZnO纳米结构生长过程中Sn球总是在生长出的纳米结构末端这一现象吻合很好.     

Sn对O原子在ZnO(0001)-Zn极性面上吸附影响的第一性原理研究

采用第一性原理系统地研究了Sn原子存在时对ZnO (0001)极性面再吸附原子的影响.计算了Sn、O(Zn)原子吸附在(0001)表面的总能以及在(0001)极性表面存在有Sn、O原子时候再次吸附O、Sn原子的总能.通过比较这几种吸附体系的总能,我们得到:(0001)表面在有Sn原子存在的情况下吸附的O原子比O原子直接在(0001)面上的吸附更加稳定;在Sn 原子存在情况下(0001)表面再次吸附原子后的稳定构型是(0001)-O-Sn而不是(0001)-Sn-O,这使得Sn原子恒存在于顶部,起到催化效果.     

Ru(0001)和(10(1)0)表面上NH3吸附结构研究

利用密度泛函理论,在slab模型下,研究NH3在Ru表面的吸附行为.结果表明,NH3在Ru(0001)和Ru(1010)面上的优势吸附位皆为顶位.NH3的吸附是化学吸附且具有表面结构敏感性,与密堆积表面(0001)相比,NH3在开放的(1010)面上的吸附更加稳定,吸附能达到1.08 eV.电子结构计算结果表明,NH3通过其3a1轨道与表面Ru原子的4dz2和5s态混合吸附于表面.     

H2在Mg(0001)和M(Sc～Zn)/Mg(0001)表面吸附、脱附性能研究

采用密度泛函方法,对H2在Mg(0001)及掺杂一系列的过渡金属的Mg表面的吸附行为进行了研究.结果表明,H2在Mg(0001),Fe,Co,Cu和Zn掺杂的Mg表面只存在物理吸附;在Sc,Ti,V,Cr,Mn和Ni掺杂的Mg表面时物理吸附和化学吸附都存在.H2在M(Sc～Zn)掺杂Mg表面解离的能垒均低于Mg(0001)表面.解离后的H原子易化学吸附在以下3种邻近的空位:Fe掺杂Mg表面的fcc-hcp1位;Ni掺杂Mg表面的hcp-hcp位;其余掺杂Mg表面的fcc-fcc位.计算结果显示,Ti,V,Cr,Mn,Ni掺杂在Mg表面可有效改善H2的吸附与解离性能.     

First-Principles Study of ZnO (10(1)0) non- polar Surface

The structure of the ZnO(10 0) non-polar surface is studied using first-principles slab calculations based on density functional theory(DFT). We find that the uppermost zinc atoms have a significant relaxation towards the bulk 0.328 ? ,and the Zn atoms in the second layer show a significant relaxation away from the bulk 0. 237 (A) ,allowing them to appear as surface atoms. For oxygen atoms a small relaxation 0. 146(A) is found. Which leading to a rotation angle 9. 2° of the Zn-O dimer on the surface. Results in excellent agreement with experiment have been obtained for the geometric and electric structures.     

O2在LiH晶体表面的吸附成键研究

用CASTEP软件包中的GGA/RPBE基组,采用平面波超软赝势方法,计算了O2分子在LiH表面的最佳吸附方式为穴位垂直吸附.由吸附前后的态密度(DOS)图可知,成键主要由LiH的s、p轨道和O的2p轨道杂化而成,偶合构成σ键;成键峰重叠性较强,且峰增宽.从计算的布居数看,Li原子与吸附的O原子之间有0.24个电子转移,吸附属于离子型;其吸附能为-48.3 kJ/mol,为化学吸附.结果显示,氧气的氧化腐蚀没有形成新的氧化物Li2O.     

ZnO(0001)Zn极性面上不同单体生长动力学特性

通过第一性原理和密度泛函方法,计算了在富锌和富氧条件下形成的Zn原子、ZnO分子、Zn3O1和Zn1O3团簇等不同单体在ZnO(0001)Zn极性面上典型的纤锌矿和闪锌矿结构沉积位的系统总能及其扩散势垒和相互作用能.结果表明,Zn1O3和Zn3O1团簇以及Zn原子单体易于获得纤锌矿结构的ZnO,而ZnO分子的稳定性较弱且易于沉积于闪锌矿位;富锌条件形成的Zn3O1团簇单体或Zn原子单体,有利于在较低温度下获得均匀结构的晶体;Zn3O1团簇单体则会形成具有一定孔洞的单一相晶体,而Zn1O3单体易形成致密的晶体;以Zn原子、Zn1O1和Zn1O3团簇为单体的沉积更易于聚集,而ZnO分子则不利于成核.     

Mn在Si(100)表面化学吸附电子结构的研究

用TB－LMTO方法研究单层Mn原子在理想的Si(100)表面的化学吸附,计算了Mn原子在不同位置的吸附能。结果表明,Mn原在C位（四重位）吸附量稳定,在Mn/Si(100)界面存在Mn,Si混合层。同时对电子转移情况和层投影态密度进行了研究。