Au原子在Si（001）表面扩散的第一原理研究

本文用第一原理总能理论研究了金属Au在Si（001）面的吸附与扩散。计算表明,Au原子的稳定吸附住置处于顶层四个Si原子的中心,当Au原子处于其它位置时,体系能量较高,Au原子容易向稳定位置扩散。在热运动下,Au原子向衬底内部扩散需要克服较小的势垒,这可能是Au／Si（001）界面存在混合层的原因之一。     

Ag在Si(100)表面化学吸附特性研究

本文应用自洽TB-LMTO方法研究银原子在理想Si（100）表面的化学吸附,计算不同位置的吸附能量（Ead）,发现相比Si（100）表面其他吸附位置而言被吸附的银原子更趋附于C位置（四重位）,在Ag原子和表面Si原子之间形成极性共价健,在Ag-Si（100）界面不存在Ag和Si的混合层而是形成突变界面,这与实验结果是一致,计算了层投影态密度并与清洁表面比较,对电子转移情况也进行了研究.相对Au/Si（100）而言,Ag和Si相互作用比Au和Si相互作用要弱.     

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。     

Au/Si扭转界面能各向异性研究

采用改进型嵌入原子法(modifiedembedded atom method,MEAM),计算了(001)Au/(111)Si、(011)Au/(111)Si、(111)Au/(111)Si、(001)Au/(001)Si、(011)Au/(001)Si、(111)Au/(001)Si六个扭转界面的界面能.结果表明,不论是对于(111)Si还是(001)Si基底,相同基底的界面均按照(111)Au/Si、(001)Au/Si、(011)Au/Si顺序依次增加;从界面能的最小化考虑,Au在(111)Si或(001)Si基底上的外延生长,Au(111)面为择优晶面,择优扭转角分别为θ=2.68°和θ=2.42°.     

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.     

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.     

Mg在Si(220)表面吸附的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势的方法,通过搜寻Mg原子在硅Si(220)晶面上的最佳吸附位置,计算Mg/Si(220)体系的吸附能、电子态密度、电子布居和功函数等,系统研究了Mg原子在Si(220)表面的吸附过程.结果表明:Si表面Mg原子的最稳定吸附位置为Si(220)晶面的穴位,此时吸附能最低.同时,Mg/Si(220)体系中Mg原子的2p和3s轨道电子与Si原子的3s和3p轨道电子间的强相互作用使体系的电子布居和功函数发生改变.     

Ag在Si(001)-(2×1)表面化学吸附的第一性原理研究

用紧束缚下的Muffin-tin轨道线性组合方法研究了0.5个单层Ag原子在Si(001)-(2×1)表面的化学吸附.计算了Ag原子在不同位置时吸附体系的能量.结果表明,Ag原子在cave位时吸附最稳定,在Ag/Si(001)界面不存在Ag-Si混合层,Ag/Si(001)界面为突变界面.同时对电子转移情况和层投影态密...     

吸附原子及二聚物在Ag（111）和Cu（111）表面上的扩散和解离研究

采用分子动力学静态计算的方法分别对Ag、Cu和Ag2、Cu2在Ag（111）和Cu（111）表面上的扩散势垒分别进行了计算,探讨同质和异质以及异质中互换衬底和吸附原子的情况下吸附原子或二聚物在表面上的扩散和解离势垒的特点,并与吸附原子或二聚物与衬底的结合能、匹配关系等进行比较,探讨吸附原子和二聚物的扩散势垒与结合能、失配度等的关系．原子间相互作用采用半经验的EAM势．结果表明：对于同一衬底表面来说,不同的吸附原子或二聚物在表面上的扩散势垒似乎和它们与表面的结合能有关;在不同的衬底表面上,单个吸附原子或二聚物的扩散势垒和它们与衬底的匹配关系关联密切．     

Si在Au(111)面的电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于第一性原理,对Si原子在Au(111)表面和体内掺杂的电子结构和光学性质进行了比较研究。结果表明,在Au(111)体内掺杂时,Si原子与周围六个Au原子成键,p电子更局域。电荷密度分析表明,掺杂Si后,Au原子周围的电子密度明显减少,而SiAu原子之间的电子密度明显增加,电子由Au原子向SiAu原子之间转移。通过计算Mul-liken键级表明,SiAu原子之间形成共价键,表面掺杂时的SiAu键级比体内大。吸收谱的计算表明,在体内掺杂Si原子时的吸收谱明显增强。     

First-principles investigation on initial stage of 2H-SiC(001) surface oxidation

We present comprehensive first-principles calculations on the initial stages of SiC oxidation by atomic oxygen on the 2H-SiC(001) surface. In order to study the kinetics of oxygen incorporation at the 2H-SiC(001) surface, we investigated adsorption and diffusion of oxygen atoms and SiO₂ nucleation. The adsorption sites, corresponding to the local minima of the potential energy surface (PES) for isolated adatoms, were identified through a comparative study of the adatom binding energy at different locations. We found that the Bridge (siloxane) site is preferred over other adsorption sites. There is no energy barrier at 0K for oxygen insertion into this site. The diffusion energy barriers that the adatom has to overcome when jumping between two adsorption sites were calculated. The premises of silica nucleation were investigated by calculating the modifications of the oxygen atom binding energy due to the interaction with neighboring adatoms. Supported by Snecma Propulsion Solide (Contract FPR No. 0539298A), Natural Science Foundation of China (Grant No 50802076) and Flying Star Program of Northwestern Polytechnical University of China     

First-principles Study of the Au surfactant on the growth of Zn vacancies in ZnO nanostructures

Influence of Au surfactant on the growth of Zn atom vacancies in ZnO nanostructures has been investigated by using first-principles slab calculations based on density functional theory.The adsorption of Au atoms on the Zn-terminated (0001)polar surface with a (2×2)surface unit cell is studied by using a standard supercell model.It is found that (1)the binding energies of Au atoms on (0001)-Zn increase and the most stable position of the Au atom is invariable; (2)on the (0001)surface,the preferred sites for Zn atom vacancy are on the first layer of Zn atoms; (3)Under the Au surfactant,the Zn atom vacancies become more difficult to form.     

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.     

氢在Ni(410)台阶面的吸附研究

应用嵌入原子模型(EAM)研究了氢在Ni(410)面的吸附和解离.首先计算单个氢原子在Ni(410)面上的吸附能Ead,吸附键长RH-Ni及吸附高度H0,发现氢在Ni(410)面上有3种相对稳定的吸附位:台面上的赝式四重洞位H1和H2位、台阶底部棱上的LB位和台阶一边棱位B.与低指数面Ni(001)相比,明显增加了台阶棱上的B位以及台阶底部棱上的LB位,相应洞位的吸附性也有增强.说明氢在Ni(410)表面的吸附性受到台阶的影响,从而台阶附近的吸附位增多且吸附性增强;然后计算了H2在Ni(410)表面解离吸附时的活化势垒Ea、吸附能Qad,氢-镍之间键长RH-Ni,构建了解离吸附等势面,计算结果表明台阶处是氢吸附和解离的活跃部位.     

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。     

单个砷原子在砷化镓富砷表面的迁移行为

采用分子动力学方法计算了单个砷原子在砷化镓(001)β2(2×4)富砷表面迁移的势能面,研究了砷原子在该表面上的迁移行为。结果表明,在该表面存在一部分低能量的吸附位和一条平行于砷二聚体的迁移路径。且在这条迁移路径中,砷原子迁移所需要跃过的势垒均小于0.6 eV.因此在常温情况下,砷原子有可能在这条迁移路径中聚合成团簇。     

用STM研究云母表面Au原子团的行为

用扫描隧道显微镜(STM)研究了沉积在白云母(001)表面上的金(Au)薄膜表面的形貌,这个Au膜是在高真空中,蒸发到在大气中解理的白云母(001)表面上,其Au膜厚约为40um。用STM测量样品表面形貌,我们发现在Au膜表面存在原子团,这些原子团作随机运动,其形状和大小随时间变化。     

NO在Ir(110)表面吸附和解离反应的泛函密度理论

采用密度泛函理论(DFT)和周期性平板模型,考察NO在Ir(110)表面上的吸附、解离及N2生成机理.计算结果表明:NO以N端向下在顶位吸附为最稳定的吸附方式,其次是短桥位,空位吸附最不稳定;顶位吸附的NO在表面存在2条解离通道:1)直接解离通道;2)由初始态扩散到短桥位,继而发生N—O键断裂生成N原子和O原子,是NO在表面解离的主要通道;解离后的N原子经联短桥位共吸附态发生N—N聚合反应生成N2,在表面共存的O原子促进了N2的生成,与实验结果相符.     

Mn(Ⅱ)在伊利石(001)面和(010)面吸附的密度泛函研究

为探究Mn(Ⅱ)在伊利石表面的吸附机理,采用密度泛函理论(DFT)模拟Mn(Ⅱ)在伊利石(001)面和(010)面的吸附,研究了活性位、吸附构型、电荷和态密度。结果表明:在(001)面,Mn(Ⅱ)优先吸附于硅氧环空穴处,且与活性氧O_S1形成1个共价键,吸附能为-262.55 kJ/mol;在(010)面,Mn(Ⅱ)与羟基基团的氧原子形成1~3个共价键,随着共价键数量的增加,吸附能增大,吸附的最稳定构型为Mn(Ⅱ)吸附于3个≡Al—OH基团之间的空穴处,吸附能为-533.62 kJ/mol;Mn(Ⅱ)与(001)面和(010)面均存在共价键作用和静电作用,在(001)面的吸附能小于(010)面,且与(001)面以静电作用为主,与(010)面以共价键作用为主;Mn(Ⅱ)与伊利石表面共价键的形成主要是Mn(Ⅱ)的4s轨道与表面O_S的2p轨道间的相互作用。研究结果可为黏土吸附材料的开发和污染土壤的净化提供理论基础。     

Fe团簇在Fe（110）表面上扩散和结构稳定性的分子动力学研究

采用嵌入原子势和分子动力学方法研究了Fe的小团簇（小于10个原子）在Fe（110）表面上的结构稳定性和扩散特性.计算结果表明体心立方结构的Fe表面,四原子和七原子团簇有较高的转变能和扩散势垒,说明这两种团簇比其他原子团簇更稳定和容易观测到.这两种团簇可能是薄膜生长过程中的临界晶核.研究了三聚体的旋转扩散和团簇扩散过程中二聚体剪切机制,发现二聚体扩散可能是Fe的小团簇在Fe（110）表面扩散的一种重要扩散方式.