氧化钙(100)、(110)和Ca-terminated(111)表面性能的第一性原理研究

【目的】对氧化钙(100)、(110)和Ca-terminated(111)的表面能、表面弛豫及电子结构进行系统研究。【方法】运用基于密度泛函理论的第一性原理计算体系的表面性能,计算过程采用6层原子和15真空层的Slab模型。【结果】计算得到的氧化钙体相晶格常数合理地符合实验值。氧化钙(100)面的表面能最低因而最稳定,更容易暴露。(110)面表面能介于(100)和Ca-terminated(111)面之间,Ca-terminated(111)面的表面能最高而最不稳定。(100)表面弛豫程度最弱,Ca-terminated(111)表面弛豫程度最明显,而(110)表面弛豫程度则介于(100)和Ca-terminated(111)面之间。(100)表面Ca-O和Ca-Ca之间的电子云强烈重叠,共价成键特征突出,稳定性高。Ca-terminated(111)表面只存在Ca-Ca原子间电子云重叠,且杂化程度明显变弱,因此Ca-terminated(111)面的稳定性最低,(110)面的稳定性居于(100)面与Ca-terminated(111)面之间。【结论】氧化钙中(100)面的表面稳定性能最好,(110)面次之,Ca-terminated(111)面稳定性最差。