Au/Cu(001)异质外延岛演化的分子动力学研究

利用分子动力学弛豫方法模拟了Au/Cu(001)异质外延生长初期Au异质外延岛的形貌演化，分析了Au外延岛演化过程中的局域应力及与基体结合能随表面岛尺寸的变化. 研究结果表明：当异质外延岛小于7×7时，外延岛原子分布呈现赝Cu点阵形貌；当外延岛达到8×8后，外延岛内开始出现失配位错，失配位错数量随外延岛尺寸的增加而增加. 局域压力分析指出，外延岛上原子之间的近邻环境不同导致了所受应力的差异，而外延岛的形变则是由外延岛原子的应力分布所决定. 研究还发现，失配位错的产生导致错位原子与基体原子之间的结合强度减弱，但相对增加了非错位原子与基体原子之间的结合强度. 关键词： 异质外延 表面形貌 局域压力 分子动力学模拟     

Ag(111)和Au(111)上铋的初始生长行为

半金属铋(Bi)的表面合金具有的Rashba效应,和其具体结构性质有重要关联.本文结合扫描隧道显微镜(STM)和密度泛函理论(DFT),系统地研究了Bi原子在Ag(111)和Au(111)上的不同初始生长行为.在室温Ag(111)上,连续的Ag₂Bi合金薄膜会优先在Ag台阶边缘形成;在570 K Ag(111)上,随着覆盖度增加到0.33分子层(ML),Bi优先取代配位数低的台阶边原子并从单原子随机分布转变为长程有序的Ag₂Bi合金相;随着覆盖度增加,Ag₂Bi通过退合金过程转变成p×3^1/2结构的Bi膜.Bi在室温和570 K的Au(111)上的生长行为一致:在覆盖度低于0.40 ML时,Bi会优先吸附在配位为5的Au原子上,并以单原子和团簇的形式分别分散在Au(111)的密堆积区域和鱼骨纹重构的拐角处;随着覆盖度增加到0.60 ML,无序的Bi会逐渐转变成长程有序的((37)^1/2×(37)^1/2)相;Bi的吸附会导致Au(111)表面应力逐步释放.Bi在Ag(111)和Au(111)上的不同生长行为表明,Bi原子与衬底之间的相互作用起着关键作用.     

Cu-Au体系非对称异质外延行为的分子动力学研究

利用分子动力学模拟方法研究了Cu/Au(001)和Au/Cu(001)异质外延岛的演化行为. 研究结果显示：Cu-Au体系的相互外延行为呈现出明显的非对称性. Cu在Au(001)基体表面可以形成完整的外延结构，而Au在Cu(001)基体表面外延将导致失配位错的出现. 导致非对称外延生长行为的根本原因是外延岛的应变状态的差异和外延岛自身性质的不同. 随着外延岛的长大，Cu外延岛与Au(001)基体的微观失配度由最初的接近宏观失配度的9%左右迅速单调下降，并最终趋于晶格匹配；而Au在Cu(001)基体表面外延的微观失配度则呈现出振荡增加趋势. Cu/Au(001)体系的基体形变主要发生在外延岛的边缘，而Au/Cu(001)体系的基体形变主要发生在外延岛内部所对应的区域.     

Cu(111)三维表面岛对表面原子扩散影响的分子动力学研究

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势，利用分子动力学方法计算了同质外延生长中不同层数的三维Cu(111)表面岛上表面原子扩散激活能，分析了三维表面岛的层数对表面原子交换扩散和跳跃扩散势垒的影响. 研究结果表明，二维Enrilich-Schwoebel(ES)势垒小于三维ES势垒，且三维ES势垒不随表面岛层数的增加而显著变化. 对于侧向表面为(100)的表面岛，表面原子沿〈011〉方向上的扩散行为，随表面岛层数增加而逐渐变化；在表面岛层数达到3层时，扩散路径上的势垒变化趋于稳定，表面原子扩散以下坡扩散为主. 对于侧面取向为(111)的表面岛，当表面岛层数大于3层后，开始呈现上坡扩散的可能. 关键词： 表面原子 扩散 分子动力学模拟     

立方相Ag3PO4(111)面原子几何及弛豫结构的第一性原理计算

采用平面波超软赝势方法研究了立方相Ag3PO4(111)面的表面能和表面原子弛豫结构.首先对Ag3PO4(111)面的八种不同原子终止结构的体系总能量进行计算,结果表明B种表面模型被证实为最稳定的(111)面原子几何结构.针对该表面结构,探讨了表面能和原子弛豫与模型中原子层数和真空厚度的关系,当原子层数为24层,真空厚度为0.6 nm时,表面能收敛于1.41 J/m2(LDA-CAPZ)和1.39 J/m2(GGA-PBE).表面原子弛豫后,表面两个三配位的Ag原子均向里移动,超过0.06 nm,而表面次层的O原子则均向外移动约0.0042 nm,导致弛豫后暴露在最表面的是O原子,同时表面原子的核外电子向表面内部发生转移,结构趋于稳定.这些结果为进一步深入研究Ag3PO4表面的光催化活性起源提供理论支持.     

S在Cu(111)表面吸附的第一性原理研究*

基于广义梯度近似的投影缀加平面波(Projector augmented wave) 赝势和具有三维周期性边界条件的超晶胞模型,采用第一原理方法计算并分析了由于S吸附所形成的S/Cu(111)界面体系的吸附结构、吸附能和局域电子结构,考虑了不同覆盖度（1,0.25ML）下S在不同吸附位置的吸附特性. 结果表明：S原子倾向于吸附在高对称的fcc位与hcp位;由于S的负电性而使S/Cu吸附能随覆盖度的减小而增加, 与之相应,S-Cu键长随覆盖度的减小而缩短. DOS图、Bader电荷分析表明杂化主要发生在S的3p态和表面Cu原子的3d态之间,表层近邻的Cu原子向S转移的电子数随覆盖度增加而减小,这表明S与Cu(111)面有强的相互作用.     

CuAg纳米结构表面共存和Ag表面对甘氨酸的新吸附行为

在异质纳米结构表面发生的新现象是当前研究的热点.最近发现，尽管甘氨酸在纯Ag表面只 能作物理吸附，蒸镀在Cu表面的单层Ag岛却能在Cu的帮助下，出现对甘氨酸作化学吸附的能力，这种现象是溢流效应的一种反映.蒸镀在Ag表面的Cu岛也能帮助附近裸露的Ag表面获得 化学吸附甘氨酸的能力，虽然这里已不是单原子层的银了.结果说明这种溢流现象来源于CuA g在表面的纳米结构共存，而不只是这种共存的某个结构所特有的.但是，由于Cu的表面能大 于Ag，所以即使是在室温下，Cu岛也会逐渐地被一单层Ag原子完全覆盖，从而失去溢 关键词： 溢流 甘氨酸 Cu Ag(111)     

金刚石/硅(001)异质界面的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法模拟研究了未重构的金刚石/硅(001)面相接触时界面层原子的弛豫过程及所形成的异质界面的结构特征.硅碳二元系统中原子间的相互作用采用Tersoff多体经验势描述.弛豫前沿[110]与[110]方向界面碳硅原子数之比均为3∶2.界面碳硅原子总数之比为9∶4.弛豫后金刚石与硅界面处晶格匹配方式改变为[110]方向基本上以3∶2关系对准,而[110]方向大致以1∶1关系对准.相应地,界面碳硅原子总数之比接近3∶2.界面下方部分第二层硅原子在弛豫过程中向上迁移至界面是引起这种变化的原因,同时该层其他原子及其底下一到两个原子层厚度的区域在[001]方向上出现一定程度的无序化转变倾向.金刚石/硅异质界面处的硅碳原子发生强烈键合,形成平均键长为0.189nm的硅碳键.研究证实,晶格匹配主要呈现界面及其附近硅原子迎合界面碳原子排列的特点. 关键词： 金刚石 硅 异质界面 分子动力学     

Co/Cu(111)薄膜生长和退火过程中的扩散

利用同步辐射角分辨光电子能谱和俄歇电子能谱研究了CoCu(111)分子束外延薄膜在生长和退火过程中的电子结构.实验发现:随着Co膜厚度的增加,Cu的sdz2杂化带能级位移相应增大,证实了界面间发生了互混;退火过程中存在表面扩散,而非通过界面的体扩散.并把这两种不同过程的扩散的内在动力归结为Co的表面自由能显著大于Cu的表面自由能 关键词： 表面扩散和界面混合物形成 固体表面能 表面态和能带结构     

替位杂质对贵金属(111)表面稳定性影响的分子动力学研究

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势，通过分子动力学方法研究了过渡族金属Cu，Ag，Au，Ni，Pd，Pt(111)表面的相互替位掺杂对表面稳定性的影响，计算了替位掺杂体系的表面能与表面空位形成能，探讨了影响表面稳定性的因素及其变化规律. 计算表明：替位杂质对表面能变化的影响主要是替位杂质的凝聚能和原子半径，而影响空位形成能变化的原因除凝聚能和原子半径外，合金溶解热具有重要的作用. 此外，通过替位杂质导致的体系表面能变化对合金体系的偏析行为进行了预测，理论预测与实验结果符合很好. 关键词： 替位杂质 贵金属 表面能 表面空位形成能     

超高真空原子尺度Aux/Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布测量

原子尺度表面吸附Au原子的物理化学性质对研究纳米器件的制备以及表面催化等起着非常重要的作用.利用调频开尔文探针力显微镜研究了室温下Au在Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布的特性.首先,利用自制超高真空开尔文探针力显微镜成功得到了原子尺度Au在Si(111)-(7×7)不同吸附位的表面形貌与局域接触电势差(LCPD);其次,通过原子间力谱与电势差分析了Au/Si(111)-(7×7)特定原子位置的原子特性,实现了原子识别;并通过结合差分电荷密度计算解释了Au/Si(111)-(7×7)表面间电荷转移与Au的吸附特性.结果显示,Au原子吸附有单原子和团簇形式.其中,Au团簇以6个原子为一组呈六边形结构吸附于Si(111)-(7×7)的层错半单胞内的3个中心原子位;单个Au原子吸附于非层错半单胞的中心顶戴原子位;同时通过电势差测量得知单个Au原子和Au团簇失去电子呈正电特性.表面差分电荷密度结果显示金在吸附过程中发生电荷转移,失去部分电荷,使得吸附原子位置上的功函数局部减少.在短程力、局域接触势能差和差分电荷密度发生变化的距离范围内,获得了理论和实验之间的合理一致性.     

理论预测晶体表面吸附二维原子岛的形状

提出了凝结势概念用以建立一种预测晶体表面吸附二维原子岛几何结构的理论方法.基于半经验相互作用势（SEAM势和OJ势）的计算表明,同相外延生长的二维原子岛在Cu和Ag的（111）面呈现正六边形结构, 而在Pt（111）面呈现截角三角形状;Cu和Ag的（100）面二维岛则形成正方形.这些理论预测均与实验观测结果一致.由于凝结势的计算不受原子数量的限制,该模型可普遍应用于预测各种表面二维原子岛形状. 关键词： 表面吸附 二维原子岛 量子点     

立方相Ag_3PO_4(111)面原子几何及弛豫结构的第一性原理计算

采用平面波超软赝势方法研究了立方相Ag_3PO_4(111)面的表面能和表面原子弛豫结构.首先对Ag_3PO_4(111)面的八种不同原子终止结构的体系总能量进行计算,结果表明B种表面模型被证实为最稳定的(111)面原子几何结构.针对该表面结构,探讨了表面能和原子弛豫与模型中原子层数和真空厚度的关系,当原子层数为24层,真空厚度为0.6 nm时,表面能收敛于1.41 J/m2(LDA-CAPZ)和1.39 J/m2(GGA-PBE).表面原子弛豫后,表面两个三配位的Ag原子均向里移动,超过0.06 nm,而表面次层的O原子则均向外移动约0.0042 nm,导致弛豫后暴露在最表面的是O原子,同时表面原子的核外电子向表面内部发生转移,结构趋于稳定.这些结果为进一步深入研究Ag_3PO_4表面的光催化活性起源提供理论支持.     

Cu在Zr掺杂CeO_2(111)表面吸附特性的第一性原理研究北大核心CSCD

采用第一原理计算方法,计算并分析了Cu在Zr掺杂的CeO2(111)表面吸附的吸附能及所形成的Cu/Ce0.75Zr0.25O2(111)界面体系的吸附结构和电子结构.结果表明:1)Cu在Ce0.75Zr0.25O2(111)表面上邻近Zr原子的次层O的顶位吸附最强;2)Zr的掺杂增强了Cu与CeO2衬底的作用;3)Cu的吸附在Ce0.75Zr0.25O2(111)表面的O2p-Ce4f态之间引入了新的间隙态,这些间隙态主要来自于Cu3d与衬底O2p的杂化作用,这是Cu与Ce0.75Zr0.25O2有较强作用的主要原因;4)吸附的Cu被Ce0.75Zr0.25O2氧化为Cuδ+,并伴随着表面Ce4+→Ce3+的转化,该反应可以总结为:Cu/Ce4+→Cuδ+/Ce3+.     

Al(111)/Al_3Li(111)的界面性质

运用基于第一性原理的平面波贋势法,计算研究了Al (111)/Al_3Li (111)的界面性质.结果表明:Al (111)/Al_3Li (111)的界面具有三种原子配位关系结构,其中界面处仍保持与基体Al一致的三明治堆垛构型的界面稳定性最好.计算表明,该结构界面最薄弱层,位于Al_3Li (111)内,其分离功最小(约1.53 J/m~2),强度最弱,而基体Al和Al_3Li内部的强度随着到界面距离的增大而逐渐增强.     

用角分辨光电子能谱研究Co/Cu(111)外延超薄膜的电子结构

利用同步辐射角分辨光电子能谱研究了分子束外延生长的Co/Cu(111)超薄膜电子结构的变化.Cu(111)的位于表面布里渊区Γ点的表面态在覆盖度为两单层时仍然可以分辨,说明薄膜生长模式不是二维层状生长.在一单层和二单层时,动量沿Cu体布里渊区ΓΛL方向变化,Co的最明显的峰包有能量色散.在覆盖度从一单层到两单层的变化过程中,固定光子能量测谱发现Co的能带的能量调整.实验测得的Co膜的电子结构与已有理论计算的结果对比,初步确定Co原子在生长初期阶段为两层岛生长,而且在一单层时已经具有铁磁性.     

Cu在Zr掺杂CeO2(111)面吸附特性的第一性原理研究

采用基于广义梯度近似的投影缀加平面波方法和具有三维周期性边界条件的超晶胞结构模型,用第一原理计算方法,计算并分析了Cu在Zr掺杂的CeO2(111)面吸附所形成的Cu/ Ce0.75Zr0.25O2(111)界面体系的吸附能、吸附结构和电子结构。结果表明：（1）Cu在Ce0.75Zr0.25O2(111)面上次层O的顶位,且邻近Zr原子的吸附位置的吸附能最大,吸附最强;（2）Zr的掺杂增强了Cu与CeO2衬底的作用;（3）Cu的吸附,在CZ(111)面的O2p-Ce4f态之间引入了新的间隙态,这些间隙态主要来自于Cu3d与衬底O2p的杂化作用,这是Cu与CeO2/ZrO2有较强作用的主要原因;（4）吸附的Cu被Ce0.75Zr0.25O2氧化为Cuδ+,并伴随着表面Ce4+ → Ce3+的转化,该反应可以总结为：Cu/Ce4+→ Cu δ+/Ce3+。     

Cu/SiO2/Si(111)体系中Cu和Si的扩散及界面反应

室温下利用磁控溅射在p型Si(111)衬底上沉积了Cu薄膜. 利用X射线衍射和卢瑟福背散射分别对未退火以及在不同温度点退火后样品的结构进行了表征. 在此基础上，研究了Cu/SiO₂/Si(111)体系的扩散和界面反应. 实验结果表明：当退火温度高于450℃时出现明显的扩散现象，并且随着温度的升高，体系扩散现象会更加显著. 当退火温度低于450℃时没有铜硅化合物生成，当温度达到500℃时才有铜硅化合物生成. 关键词： 薄膜 扩散 界面反应 硅化物     

S在Cu(111)表面吸附的第一性原理研究

基于广义梯度近似的投影缀加平面波(Projector augmented wave)赝势和具有三维周期性边界条件的超晶胞模型,采用第一原理方法计算并分析了由S吸附所形成的S/Cu(111)界面体系的吸附结构、吸附能和局域电子结构,考虑了不同覆盖度(1,0.25 ML)下S在不同吸附位置的吸附特性.结果表明:S原子倾向于...     

Bi2Te3(111)和Al2O3(0001)衬底对Bi(111)双原子层的电子结构及拓扑性质的影响

晶体铋沿(111)面方向的双原子层及薄膜具有新奇的拓扑性质.在实验生长或者实际应用中,其必然与衬底接触.本文采用紧束缚近似方法与第一性原理计算研究了Bi双原子层及其与Bi₂Te₃和Al₂O₃衬底形成的异质结的电子结构.计算结果表明, Bi双层是具有0.2 eV的半导体.当其与具有拓扑表面态的Bi₂Te₃形成异质结时,两者电子态之间有很强的杂化,不利于Bi(111)双层拓扑电子态的观测.将其放在绝缘体Al₂O₃(0001)时,导带与价带与衬底电子态杂化较小,并且展现出巨大的Rashba自旋劈裂.这是由于衬底诱导Bi(111)双原子层中心反演对称性破缺和自旋-轨道耦合共同作用的结果.进一步采用紧束缚近似计算得到的结果发现,衬底Al₂O₃(0001)对Bi(111)双层的作用等效于一个约为0.5—0.6 V/?(1?=0.1 nm)的外电场.此外, Bi(111)双原子层与衬...