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.     

Aβ_(37-42)形成二聚体的分子模拟研究

阿尔茨海默症是一种神经退行性疾病,多发病于老年人群.该疾病不但严重影响患者的健康及正常生活,还给患者家属带来极大痛苦.因此治疗该疾病成为科学界急欲攻克的难关.而治疗的基础是解析病理,大量研究表明该病患者脑内有大量纤维状Aβ蛋白质聚集物.因此研究Aβ蛋白质如何聚集是解析病理的关键.同时预防和阻止Aβ蛋白质聚集也成为治疗阿尔茨海默症的一种可选方案.本文即选取Aβ蛋白质片段,以分子动力学模拟方法,详细分析其形成稳定二聚体的完整过程.研究发现该蛋白质片段上残基侧链之间的疏水作用促使两个Aβ37-42单体相互靠近,其间会形成多种非稳态中间体,其结构经过不断调整最终才形成稳定的二聚体结构.该结构调整过程对形成稳定的二聚体结构非常重要.在此过程中两条肽链主链形成氢键的个数逐渐增加,同时伴随形成了新的残基侧链之间的相互作用.研究发现在二聚体形成的全过程中Ile41和Ala42均起到不可忽视的作用.Ile41由于其侧链具有疏水性且体积相对较大,可通过其疏水作用力促使两个单体相互靠近.而Ala42在后期结构调整中发挥了一定作用,稳定了二聚体的结构.该研究有助于更好地理解Aβ蛋白质聚集特别是其形成二聚体的过程,同时也为防治Aβ蛋白质聚集提供了一些理论依据.     

低能He@C_60 He@C_60碰撞的动力学研究

建立了基于半经验势的分子动力学模型,研究了不同入射能量下C60 C60和He@C60 He@C60的对心碰撞动力学性质,并比较了富勒烯内嵌He原子的存在对碰撞的影响.发现随着入射能量的不同,形成的碰撞产物的二聚体结构不同,并呈现出自组装的性质.He原子在能量较高时对碰撞产物的结构影响较大,在一定程度上能够增强富勒烯二聚体结构的稳定性。     

低能He@C60＋He@C60碰撞的动力学研究

建立了基于半经验势的分子动力学模型,研究了不同入射能量下C60＋C60和He@C60＋He@C60的对心碰撞动力学性质,并比较了富勒烯内嵌He原子的存在对碰撞的影响.发现随着入射能量的不同,形成的碰撞产物的二聚体结构不同,并呈现出自组装的性质.He原子在能量较高时对碰撞产物的结构影响较大,在一定程度上能够增强富勒烯二聚体结构的稳定性。     

双糖保护剂对胰岛素活性结构稳定性的影响

采用微量热分析法并结合分子动力学模拟,研究了不同双糖保护剂对胰岛素的保护效果.结果表明,通过区域选择性吸附,双糖保护剂可以在胰岛素表面产生保护作用,提高胰岛素的热稳定性.在4种双糖保护剂中,吸附作用越强的保护剂对胰岛素热稳定性的提升效果越好.随着保护剂质量分数的增加,胰岛素的热稳定性呈先增强后稳定的趋势.进一步分析了保护剂与水分子之间的相互作用,得出双糖保护剂与胰岛蛋白之间的直接相互作用可能是提高其热稳定性的主要原因.     

富亮氨酸牙釉蛋白在羟基磷灰石(010)晶面选择性吸附的分子动力学研究(英文)

蛋白质可以影响晶体的成核及生长速率,从而改变晶体的形貌和习性,因此了解牙釉蛋白在羟基磷灰石(HAP)表面的相互作用对于了解牙齿的生长机理具有重要意义.采用分子动力学(MD)和操控式分子动力学(SMD)相结合的方法研究了六个不同取向的富亮氨酸牙釉蛋白(LRAP)在HAP(010)晶面的吸附-脱附行为.在MD模拟中筛选出关键的吸附残基,并通过SMD模拟中的脱附时间对其进行分类.研究发现Glu56和Asp58是两个出现概率较高的吸附残基,其中Asp58在六个体系中都发挥了主要的吸附作用.我们进一步对吸附位点的作用基团和作用形式进行分析,发现酸性氨基酸侧链上的羧基基团与HAP表面钙离子的静电相互作用是最主要的作用形式.羧基上的两个氧原子可以钳住"钙离子,从而将LRAP锚定在HAP表面.因此,富含羧基基团的氨基酸是HAP晶型控制的首选残基.     

Au纳米粒子在超临界CO2中结构和相互作用

为了可控制备分散性的Au纳米粒子,研究Au纳米粒子在溶剂中的界面结构及相互作用。采用分子动力学模拟方法研究不同温度下氟化的硫醇十二烷钝化的Au纳米粒子在超临界CO₂中的界面结构和相互作用自由能。结果表明:温度升高会略微提升纯排斥的特征。通过自由能的分解,发现Au纳米内核与吸附的有机配体间的相互作用完全决定了自由能的排斥特征。焓熵分析结果表明自由能的排斥特征是由熵贡献引起的。     

用分子动力学方法对Cystatin蛋白的研究

通过动力学模拟研究野生型和I66Q突变型cC的动力学特性,为设计和筛选治疗Cystatin C引起的脑淀粉样血管病药物提供重要的理论依据.通过分子动力学模拟的方法,选择可引起脑淀粉样血管病的Cystatin蛋白为模型,探讨了在形成致病状纤维过程中起到关键作用的蛋白质结构位点.研究分子动力学模拟显示,突变型cC较野生型更易形成淀粉样纤维,突变型蛋白的L1部位较野生型具有更高的柔性,更易通过结构域交换形成二聚体进而引发淀粉样纤维沉淀.该研究结果对于设计治疗相关疾病如疯牛病等的药物也有一定的借鉴意义.     

Au(111)表面磺酸甜菜碱自组装单层膜的分子模拟

旨在探索磺酸甜菜碱型材料阻抗蛋白质吸附的微观机理,以更好地指导新型无生物污染材料的设计和开发.采用分子力学和分子动力学方法,对磺酸甜菜碱在Au(111)表面的分子自组装结构和性能进行研究.研究结果表明,磺酸甜菜碱在Au(111)表面可形成7×7的稳定结构,真空模拟中分子平均倾斜角为23,°水溶剂化模拟中则为25°,两性离子端基偶极方向趋于平行;水和磺酸甜菜碱的两性离子基团相互作用而吸附于表面上,形成一层牢固的水膜,从而有效地阻止蛋白质吸附到材料表面上.     

A型流感病毒基质蛋白M1的二聚化机制

流感病毒基质蛋白1(matrix protein 1,M1)位于病毒包膜之下,形成一层壳状结构(衣壳),可与病毒的血凝素、神经氨酸酶、包膜和病毒遗传物质发生相互作用,在病毒的组装与复制过程中起着关键作用.不过,除N端有晶体结构外,全长M1蛋白的结构尚未解析.因此,人们对全长M1蛋白如何二聚化、然后多聚化形成病毒衣壳的过程知之甚少.为了解M1蛋白的二聚化机制,首先从M1的N端片段晶体结构出发,用蛋白质结构预测方法获得M1的全长结构模型;其次,对可能的M1二聚体进行分子动力学模拟,分析其二聚化界面的氨基酸,由此发现了一种通过M1蛋白C端片段结合而形成的二聚体;最后,为验证模拟结果,用电镜三维重构方法分析了全长M1二聚体的构象,并提出了M1多聚化的机理模型.     

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。     

Si6团簇与Si（111）表面碰撞的分子动力学模拟

利用紧束缚分子动力学方法模拟研究了Si6团簇与Si(111）表面碰撞的微观过程，结果表明，Si6团簇在表面再构并吸附的能量阈值为10cV，损伤域能为60eV。通过对碰撞结果的讨论得到了改变轰击能量可以控制外延生长的结构的结论。     

MBE-GaAs/Si的背散射沟道分析

对 MBE-GaAs/Si 进行离子注入和退火.GaAs 外延层的厚度为0.9-2.0μm.Si离子的注入能量及剂量分别为1.2-2.8MeV,l×10~(14)-7×10~(15).cm~(-2).退火采用红外瞬态退火(850℃,15s)及白光退火(1050℃,8s).背散射沟道分析采用4.2MeV~7Li.实验表明,注入结合退火是改善 GaAs 外延层晶体质量的一种有效方法.注入剂量过大,由于正化学配比遭到破坏,外延生长终止.     

TiN/Si3N4界面结构对Ti-Si-N纳米晶复合膜力学性能的影响

采用多层膜模拟的方法研究了Ti-Si-N纳米晶复合膜中Si3N4界面相的存在方式,以探讨纳米晶复合膜的超硬机制。研究结果表明：Si3N4层厚对TiN／Si3N4多层膜的微结构和力学性能有重要影响。当Si3N4层厚小于0．7nm时,因TiN晶体的“模板效应”,原为非晶态的Si3N4晶化,并反过来促进TiN的晶体生长,从而使多层膜呈现TiN层和Si3N4层择优取向的共格外延生长。相应地,多层膜产生硬度和弹性模量升高的超硬效应,最高硬度和弹性模量分别为34．0GPa和352GPa．当层厚大于1．3nm后,Si3N4呈现非晶态,多层膜中TiN晶体的生长受到Si3N4非晶层的阻碍而形成纳米晶,薄膜的硬度和弹性模量亦随之下降。由此可得,Ti-Si-N纳米晶复合膜的强化与多层膜中2层不同模量调制层共格外延生长产生的超硬效应相同。     

Si10团簇与Si(111)面碰撞的紧束缚分子动力学模拟

利用紧束缚分子动力学方法模拟研究了Si10团簇与Si(111)表面碰撞的微观过程．研究了入射动能在10—60eV之间的碰撞过程，给出了不同时刻体系的原子位置的微观状态图．结果表明：Si10与Si(111)面碰撞时，吸附在晶体表面的能量域值为20eV，替位域能为30eV，损伤域能为40eV；入射能量大于50eV时，晶体表面严重损伤并且在60eV时，发现在外延层有Si7团簇生成；Si10团簇保持其结构特性吸附在Si(111)表面，需要的最佳能量在10～20ev之间，进而通过对碰撞结果的讨论得到了改变轰击能量可以控制外延生长的结构的结论。     

Atomic-scale imaging of individual dopant atoms and clusters in highly n-type bulk Si

As silicon-based transistors in integrated circuits grow smaller, the concentration of charge carriers generated by the introduction of impurity dopant atoms must steadily increase. Current technology, however, is rapidly approaching the limit at which introducing additional dopant atoms ceases to generate additional charge carriers because the dopants form electrically inactive clusters. Using annular dark-field scanning transmission electron microscopy, we report the direct, atomic-resolution observation of individual antimony (Sb) dopant atoms in crystalline Si, and identify the Sb clusters responsible for the saturation of charge carriers. The size, structure, and distribution of these clusters are determined with a Sb-atom detection efficiency of almost 100%. Although single heavy atoms on surfaces or supporting films have been visualized previously, our technique permits the imaging of individual dopants and clusters as they exist within actual devices.     

The influence of clusters in the melt of Fe80Si10B10 alloy on the subsequent glass-formation

The structure of Fe80Si10B10 alloy melt was investigated by ab initio molecular dynamic simulation from the local atomic environments. It presents that Fe80Si10B10 alloy can be considered as the combination of B-centered prism-like clusters and bcc-like Fe-Si solid solution. The poor glass-forming ability of the alloy has been investigated and can be attributed to the bcc-like environment around Si atoms and the relative high content of pure Fe clusters.     

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.     

Si(7 7 17)-2×1表面银纳米线自组装过程的Monte-Carlo模拟

 根据紧束缚理论和Si(7 7 17)-2×1表面的原子结构模型,运用蒙特卡洛方法模拟蒸发沉积在Si(7 7 17)-2×1表面的Ag原子经2次退火自组装成纳米线的实验过程.模拟结果表明,退火温度及作为模板的硅表面排状结构对银纳米线的自组装有较大影响;在退火过程中,Ag原子沿Si(7 7 17)-2×1表面原子沟槽扩散,并吸附在该表面的四聚体链上形成一维纳米线,这与实验结果相符合.     

用于薄膜外延生长的单晶基片RHEED研究

利用反射式高能电子衍射仪(RHEED)对微电子技术常用的Si,SrTiO3单晶基片进行了表面结构分析.研究了硅基片的不同清洗工艺对衍射图样的影响,发现衬底的处理工艺非常重要.借助于反射式高能电子的衍射图样和理论分析,计算出与理论值相近的SrTiO3基片晶格常数.结果表明,高能电子衍射仪可以被用于计算生长在基片上的外延薄膜面内晶格常数.