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.     

金刚石(001)表面台阶结构的第一原理研究

半导体表面一个最普遍存在的现象是发生晶格再构,它导致了表面具有各种不同于体内的物理性质.正是由于表面再构在基础和应用研究方面具有的重要性,几十年来人们做了大量的工作. 金刚石(001)表面的台阶结构如图1所示[1],其中S(single)表示单层,D(double)表示双层,A代表台阶方向与上台面的二聚体方向相垂直,B代表台阶方向与上台面的二聚体方向相平行. 在计算中采用了平面波赝势法[2].相互作用采用Vanderbilt超软赝势,交换关联能采用GGA近似,波函数的截断能量是350 eV.计算中优化的晶格常量a=0.357 4 nm.简约Brillouin中的k点选取为4×4×1.     

Mn与GaAs(001)表面相互作用的理论研究

近年来，铁磁金属或铁磁金属化合物在半导体表面上的外延生长引起了人们的极大兴趣，这种“铁磁体／半导体”异质结集磁性和半导体电子学于一体，具有广泛的应用前景．Ｔａｎａｋａ等人成功地在ＧａＡｓ（００１）表面上生长了Ｍｎ－基化合物：δ－ＭｎＧａ、α－ＭｎＡｓ...     

铅盐PbS(001)表面几何结构特性

用第一性原理方法计算了铅盐PbS的体晶格常数和 （001） 表面的几何结构,计算结果表明铅盐 （001）表面几何结构具有弛豫和褶皱的特性,为铅盐的广泛应用提供了理论参考数据.     

MgO(001)表面负载CrW_2O_9团簇构型和电子结构的理论研究

采用基于第一性原理的分子动力学与量子力学相结合的方法,对CrW_2O_9团簇在MgO(001)完整表面的吸附构型、稳定性以及电子结构进行了系统的研究.研究结果表明,CrW_2O_9团簇通过Cr、W以及O原子与MgO(001)表面作用,并可能以六元环、帽状或双环结构沉积在MgO(001)表面,其中热力学最稳定的吸附构型为CrW_2O_9团簇以六元环的结构吸附在MgO(001)完整表面.吸附后,有较多的电子从表面转移到团簇,与W3O9/MgO(001)体系相比,CrW_2O_9团簇的电子态出现在MgO(001)表面的带隙中,且主要为Cr 3d轨道的贡献,这将对体系的催化性能产生显著影响.     

吡啶在Mo-Mo_2C(001)表面吸附的密度泛函理论研究

以量子化学理论为基础,以周期性平板模型为模拟表面,采用GGA/RPBE方法研究了吡啶分子在Mo_2C(001)表面的吸附特性.研究结果表明吡啶分子在Mo-Mo2C(001)表面上存在两种稳定的吸附构型:平行吸附和垂直吸附.其最稳定吸附构型为平行吸附.吸附能、几何结构参数及Mulliken电荷布局分析表明吡啶分子平行吸附情况下其环状结构受到了较大的影响,在后续的加氢过程中更为有利.而在垂直吸附情况下,吡啶分子在吸附前后的形变较小.     

BN(110)弛豫表面电子结构的理论研究

本文利用形式散射理论的格林函数方法，采用考虑最紧邻的sp^3s^*模型描述体带，计算了BN（110）面的电子结构，分别给出了理想表面和驰豫表面的投影带结构和波矢分辨的层态密度，并进行了较详细的讨论。结果表明：BN（110）DM面的电子结构与大多数Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族半导体的（110）面的电子结构定性上是类似的，但在各表面态的能级位置、色散特性和轨道特性等方面均有较大的差别。这与它的反常弛豫有一定的关系。     

GaAs(110) 弛豫表面电子结构的理论研究

基于 K.S.Dy 的无穷阶微扰理论及紧束缚方法,取用 Vogl 的经验紧束缚参数,我们对 GaAs(110) 表面的电子结构做了理论计算,并同实验进行了比较,得出了 BR 模型比较接近真实表面构型的结论。     

MgO(001)表面掺杂过渡金属Au/Pt吸附CO的理论研究

采用密度泛函理论DFT/B3LYP方法研究掺杂了Au和Pt原子的MgO(001)表面吸附CO分子的吸附性质,通过对吸附体系的优化、能量和电子性质等的计算,结果表明,对于MgO完美表面,掺杂Pt比Au更容易吸附CO分子;在MgO(001)表面不同氧缺陷位(O5c/O4c/O3c),掺杂了Au和Pt原子后吸附CO分子的能力依次分别为:O_(3c)O_(5c)O_(4c)和O_(5c)O_(3c)O_(4c),掺杂了Pt原子的O5c位吸附能最低。可知Pt原子的掺杂及氧缺陷的MgO(001)表面,有利于吸附CO分子。     

Ir在La_2O_2CO_3(001)表面吸附的理论研究

制氢技术是发展燃料电池的关键技术之一,而目前研究较多且具有良好应用前景的制氢技术是醇类水蒸气重整制氢法制氢.具有高活性、高选择性、高稳定性的催化剂在醇类催化制氢过程中起重大作用.采用密度泛函和周期边界模型对La2O2CO3负载Ir催化剂体系界面作用作了理论研究,计算了Ir在La2O2CO3(001)面上的各个吸附位点的吸附能.计算表明Ir原子在La2O2CO3(001)面上各个吸附位点上均发生化学吸附,其中吸附能最高的吸附位点为桥位平行,其吸附能为-479.863 kJ/mol.进而计算了Ir在Ca掺杂的La2O2CO3(001)面上各位点吸附能,结果表明Ca掺杂后的载体对Ir的吸附能力大大提高,且桥位平行位点依旧为最佳吸附位点,其吸附能达到-676.971 kJ/mol.     

UO_2不同表面的磁结构和稳定性研究

高温高压下,块体材料UO2存在许多缺陷,可能会沿不同的晶面解离,形成表面.本文采用基于第一性原理的LSDA+U方法,计算了铁磁和反铁磁状态下UO2(111)、(110)和(100)3种表面的结构、Bader电荷分布和磁矩等.结果显示2种磁性结构下3种表面中最稳定的是(111)面,最不稳定的是(100)面,原因是(100)表面U、O原子的Bader电荷布居数变小,并且表面与次表面U原子的磁矩变小,而表面O原子磁矩略微变大.最后,进一步计算了不同解离面的相对浓度在0到1 600 K温度范围内的变化,计算结果表明,UO2(111)面的相对浓度是最高的.     

外延生长在GaAs(001)表面的磁性薄膜

采用多种实验技术研究外延生长在GaAs(001)表面的Mn,Co和FeMn合金等磁性金属薄膜，研究结果表明外延生长的磁性薄膜的晶体结构和磁学性质与体材料相比有明显的判别，在一些情况下，外延薄膜和衬底之间的界面结构对于磁性薄膜的晶体结构和磁学性质起着决定性的作用。     

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.     

金属富勒烯包合物M@C_(50)结构和稳定性的理论研究

在密度泛函B3LYP理论下,用LANL2DZ基组对具有D5h,D3对称性的两种C50富勒烯异构体及以它们为基形成的第二主族金属富勒烯包合物M@C50[M=Be,Mg,Ca,Sr,Ba]进行了几何构型优化和振动频率分析.得到了相应的优化几何参数、总能量、前线轨道能级差,同时还计算了分子中原子电荷和结合能.计算结果表明,对于内包金属原子类型M(除Be外)相同时,D5hM@C50包合物比相对应的D3M@C50包合物稳定;对于具有相同对称性而内包金属原子类型M不同的D5hM@C50,其稳定性随原子序数的增大而增大;从热力学或动力学角度分析,形成D5h对称性的Sr@C50,Ba@C50包合物都是可能的.     

0.5ML氢化Si(100)表面结构的理论研究

采用经验紧束缚近似(empiricaltight binding)方法模拟了Si(100)表面0.5ML(monolayer)氢化结构.通过对各种可能的0.5ML氢化Si(100)表面模型的能量的计算,得到了能量结构最为稳定的表面拓扑构造,并确定了其键长、键角、不对称性等参数,还证实了实验上在Si(100)-p(2×2)基底上亦可形成c(4×4)-H稳定结构的结论.     

硅片不同表面钝化工艺的稳定性研究

研究分析了热氧化钝化,用PECVD双面沉积SiNx:H膜钝化以及碘酒钝化三种表面钝化工艺的稳定性,通过WT-2000少子寿命测试仪对采用这三种钝化工艺的单晶硅片,多晶硅片以及物理提纯硅片在暗条件不同储存时间的少子寿命进行测量,分析得到三种表面钝化工艺的效果以及稳定性。研究结果表明:碘酒钝化效果好,用PECVD双面沉积SiNx:H膜钝化和热氧化钝化稳定性好。     

吸附在Si (001)表面二聚体相互作用的分子动力学模拟

采用Stillinger-Weber原子间相互作用势,对吸附在Si(001)表面上的二聚体之间的相互作用进行了分子动力学模拟.通过对它们之间相互作用的分子动力学模拟,发现不同的二聚体之间相互作用会形成不同类型的四聚体结构.本文给出两种通过二聚体之间的相互作用形成四聚体结构的途径.模拟还发现这样的四聚体结构在一定温度下是相当稳定的,而且它们的结合位形类似于B型台阶,有利于吸附新的原子形成外延层.     

不同表面活性剂对碳钢电极极化曲线的影响

通过碳钢电极在添加不同浓度十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)或十二烷基硫酸钠(SDS)的2 mol/L碳酸铵溶液中的极化曲线的绘制,可看出表面活性剂的加入可提高碳钢电极的缓蚀效率;其最大电流密度均降低,稳定钝化区域相差不大,说明在一定浓度范围内能起到缓蚀作用。当加入0. 001 mol/L CTAB时缓蚀效率为47. 84%,添加0. 002 0 mol/L SDS时缓蚀效率为29. 01%,缓蚀效率提高的可能原因是表面活性剂的表面活性高,优先吸附在碳钢表面形成保护层。该实验可用于本科相关专业进行综合设计性实验,培养学生的创新实践能力。     

K助剂不同形态在MoP(101)表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论研究了MoP催化剂中K助剂的不同形态,即K原子和K_2O分子吸附于MoP(101)表面的稳定构型、功函数和态密度.计算结果表明,在K/MoP(101)和K_2O/MoP(101)2种表面模型中,K原子和K_2O均会将电子转移到MoP(101)表面上,使其功函数明显降低.态密度分析表明,K原子和K_2O与MoP(101)表面均存在较强的相互作用.整体来看,K助剂的不同形态对表面电子性质的影响是相近的.