替位杂质对低能Pt原子与Pt(111)表面相互作用影响的分子动力学模拟

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模拟了低能Pt原子与Cu，Ag，Au，Ni，Pd替位掺杂Pt(111)表面的相互作用过程，系统研究了替位原子对表面吸附原子产额、溅射产额和空位缺陷产额的影响规律，分析了低能沉积过程中沉积原子与基体表面的相互作用机理以及替位原子的作用及其影响规律.研究结果显示：替位原子的存在不仅影响着沉积能量较低时的表面吸附原子的产额与空间分布，而且对沉积能量较高时的低能表面溅射过程和基体表面空位的形成产生重要影响.替位原子导致的表面吸附原子产额、表面原子溅射以及空位形 关键词： 分子动力学 低能粒子 替位掺杂 表面原子产额 溅射 空位     

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     

用分子动力学方法研究Ag(001)表面吸附原子的自扩散现象

用分子动力学方法研究了单个吸附原子在Ａｇ（００１）表面的自扩散现象，其中相互作用势采用了更适合于表面特性的表面嵌入势（ＳＥＡＭ势）．观察到了丰富的扩散机制，包括简单交换机制、复杂交换机制、跳跃机制及一种新的渡越机制．提出了复杂交换机制的另一种竞争交换模型．对所有扩散机制的统计结果表明，吸附原子与表面原子间的交换扩散占主导．另外，由吸附原子扩散的Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ行为及能量弛豫方法计算得到了简单交换机制的激活能为０.３９ｅＶ，它小于跳跃机制的激活能０.４７ｅＶ． 关键词：     

低能原子沉积在Pt(111)表面的分子动力学模拟

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模拟了六种贵金属原子(Ni,Pd,Pt,Cu,Ag,Au)分别在Pt(111)表面低能沉积的动力学过程.结果表明:随着入射能量从0.1eV升高到200eV,基体表面原子是按层迁移的,沉积过程对基体表面的影响和沉积原子在基体表层的作用均存在两个转变能量(ET1≈5eV,ET2≈70eV).当入射能量低于5eV时,基体表面几乎没有吸附原子和空位形成,沉积原子在基体表层几乎没有注入产生;当入射能量在5—70eV范围内时,沉积原子在基体表层有注入产生,其注入深度小于两个原子层,即为亚注入,此时吸附原子主要由基体表层原子形成,基体表面第三层以下没有空位形成;当入射能量高于70eV时,沉积原子的注入深度大于两个原子层,将会导致表面以下第三层形成空位,并且空位产额随入射能量的升高而急剧增加.基于分子动力学模拟的结果,对低能沉积作用下的薄膜生长以及最优沉积参数的选择进行了讨论.     

低温下Cu13团簇负载于Cu(001)表面上结构变化的分子动力学研究

应用分子动力学方法研究温度为10和50 K时具有二十面体结构的Cu13团簇以不同接触条件与Cu(001)表面结合后的结构变化,原子间的相互作用势采用Johnson的嵌入原子方法模型.通过基于原子密度分布函数的分析表明,负载团簇与表面的结合能主要受团簇与载体相接触的最低层原子数及这些原子所具有的不同几何构型影响,同时更高层的原子呈现出不同的几何结构.温度为10 K时,负载团簇的初始位置对团簇几何结构和结合能影响较大.     

载能Ni原子斜入射Pt(111)表面的分子动力学模拟

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势,利用分子动力学模拟,详细研究不同角度入射的载能Ni原子在Pt(111)基体表面的沉积过程.结果表明,随着入射角度θ从0°增加到80°,溅射产额、表面吸附原子产额、空位产额的变化情况均可按入射角度近似地分为θ≤20°,20° < θ < 60°和θ≥60°三个区域.当θ≤20°时,载能沉积对基体表面的影响与垂直入射时的情况类似,表面吸附原子的分布较为集中,入射原子容易达到基体表面第二层及以下,对基体内部晶格产生-定的影响;在20° < θ < 60°的范围内,入射原子的注入深度有所下降,对基体内部晶格的影响减小,表面吸附原子的分布较为均匀,有利于薄膜的均匀成核与层状生长;当θ≥60°时,所有入射原子均直接被基体表面反射,表面吸附原子产额、溅射产额、表面空位产额均接近0,载能沉积作用没有体现.     

Cu(100) (2×22)R45°-O的表面结构与电子态的密度泛函研究

用第一性原理的总能计算研究了Cu(100))面的表面结构、弛豫以及氧原子的(2×22)吸附状 态.计算给出了Cu(100) (2×22)R45°-O吸附表面的结构参数，并得到了上述结构下氧吸附 的Cu(100)表面氧原子和各层Cu原子的电子态密度.计算得到的吸附表面功函数为4.58 eV ，与清洁Cu(100)表面功函数(～4.53 eV)几乎相同.吸附氧原子与最外层铜原子之间的垂直 距离约为0.02 nm，其能带结构体现出一定的金属性，同时由于Cu-O的杂化作用在费米能以 下约6.4 eV附近出现了局域的表面态.可以认为，在Cu(100) (2×22)R45°的氧吸附表面结 构下，吸附氧原子和衬底之间的结合主要来源于表面最外层铜原子与氧原子的相互作用. 关键词： Cu(100)(2×22)R45°-O表面 缺列再构 表面电子态     

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     

低能单个Cu原子与Cu13团簇沉积到Fe（001）表面的比较

本文利用分子动力学模拟方法对相同初始沉积条件下的单个Cu原子和Cu13团簇与Fe(001)表面的相互作用分别进行了模拟研究, 并将两者的模拟结果进行了比较分析. 单个Cu原子和Cu13团簇的初始入射能量范围均为1eV/atom、3eV/atom、5eV/atom和10eV/atom, 初始入射角度均为0o、10o、30o和45o, 衬底温度分别为100K、300K和800K. 对单个Cu原子和Cu13团簇的原子动能、质心高度、迁移距离和最终沉积形貌进行了分析, 对比研究了相同初始沉积条件下单个Cu原子和Cu13团簇在沉积过程中和沉积效果上的具体差异. 模拟结果表明: 单个Cu原子和Cu13团簇与Fe(001)表面的相互作用机制存在差异, Cu13团簇表现出显著的集体效应. 在特定沉积条件下, 由于Cu13团簇的集体效应, 导致Cu13团簇与Fe(001)表面的结合能力和在Fe(001)表面上的扩散能力均强于单个Cu原子.     

低能Cu原子簇沉积薄膜的分子动力学模拟

用分子动力学计算机模拟研究了能量为5—20eV/atorn,结构为正二十面体的(Cu)₁₃原子簇在Cu（001）表面的沉积过程.采用紧束缚势同Moliers势的结合描述Cu原子间相互作用通过原子簇-衬底相互作用的“快照”研究沉积的动态过程．结果表明,当入射能量较低时,轰击弛豫后,入射原子簇在衬底表面发生重构,生成很好的外延层,靶没有任何损伤．随着轰击能量的增加,原子簇原子穿入靶的深度增加.当入射能量达到20eV/atom时,原子簇完全穿入靶并开始造成辐照损伤,表面出现空位,靶内产生间     

异质原子在Cu（001）表面扩散的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟单个增原子Ag,Pd和Cu在Cu（001）表面上的扩散过程.通过对自扩散和异质扩散过程中扩散机制的观察,统计三种不同的增原子在不同温度下的扩散频率,拟合给出扩散势垒和扩散频率的指前因子,并与扩散势垒的静力学计算结果进行比较.结果表明：在800 K以下时,三种增原子均以简单跳跃机制为主扩散,与衬底不互溶的Ag增原子的跳跃频率最大,与衬底互溶的Pd增原子的跳跃频率最小.同质增原子与异质增原子的扩散频率和温度的关系均较好地符合Arrhenius公式,由Arrhenius公式拟合给出的三种不同增原子的扩散势垒与表面结构和增原子表面结合能有关.Pd和Cu增原子从跳跃机制为主向交换机制为主的转换温度分别在825和937 K左右. 关键词： 表面扩散 分子动力学模拟     

异质扩散过程中ES势垒的计算

利用分子动力学中的静态结构计算方法对Pd，Ag及Cu原子在面心立方铜的台阶表面扩散过程中的Ehrlich-Schwoebel(ES)势垒进行了模拟计算，研究了各种台阶表面情况下增原子扩散过程中的ES势垒；讨论了与衬底互溶的金属和与衬底不互溶的金属增原子扩散的ES势垒的异同，并将模拟结果与同质情况的研究结果进行了对比. 结果表明： 1)在同质和异质扩散过程中ES势垒随着台阶高度的变化关系是相似的，即随着台阶高度的增加，ES势垒逐渐增加；当台阶高度达到某一高度时ES势垒将趋于定值. 2)在跳跃机理下，与Cu互溶的金属(Pd)在Cu表面台阶上扩散的ES势垒最大，其次是Cu，最小的是与Cu不互溶的金属 (Ag)；而在交换机理下，与Cu不互溶的金属(Ag)在Cu表面台阶上扩散的ES势垒最大，其次是Cu，最小的是与Cu互溶的金属(Pd). 3)对大多数台阶的情况，交换机理支配着原子在台阶边缘的扩散行为；且表面台阶高度对交换扩散过程影响较大.     

Cu dimer diffusion on strained Cu(0 0 1)

Cu dimer diffusion energy barrier on strained Cu(0 0 1) surfaces has been studied with nudged elastic band method (NEB) and embedded atom method (EAM). Dimer exchange and hopping mechanisms are chosen as the initial diffusion paths in the NEB method. It is shown here that the dimer exchange is dominant on tensile surfaces and the dimer hopping is dominant on compressive surfaces. For most strain conditions Cu dimer diffusion energy barrier is lower than Cu monomer diffusion barrier. The concerted movement of the remaining adatom toward the hopping adatom lowers the dimer hopping barrier. The adsorption induced relaxation makes the dimer exchange barriers lower than the monomer exchange barriers on tensile surfaces. Transition state theory is used to calculate the diffusion frequencies as a function of temperature. No surface crowdion is observed on the shear strained surfaces for the dimer diffusion.     

Diffusion of single adatom Cu on Cu (0 0 1) and (1 1 0) surfaces

With static relaxation, the surface diffusion activation energies of a single Cu adatom migrated by both atomic exchange and hopping mechanisms and the forces acted on the diffusing adatom from other atoms of Cu (0 0 1) or (1 1 0) surface are calculated by using the MAEAM. When adatom migrated on Cu (0 0 1) or (1 1 0) surface, the increment curves of the system energy by hopping mechanism are symmetrical and the saddle points are in the midpoints of the migration path, but the ones by the exchange mechanism are dissymmetrical and the saddle points are always close to the initial hole positions of the adatom and away from the initial equilibrium positions of the exchanged atom. From minimization of both the diffusion activation energy and the force acted on the diffusing adatom from other atoms, we found that, on Cu (0 0 1) surface the favorable diffusion mechanism is hopping mechanism, however, on Cu (1 1 0) surface, hopping via long bridge is easier than the exchange mechanism but the hopping via short bridge is more difficult than the exchange mechanism.     

Ab-initio calculations of interactions between Cu adatoms on Cu(1 1 0): Sensitivity of strong multi-site interactions to adatom relaxations

We have parameterized the various interactions between Cu adatoms on Cu(1 1 0) using density-functional theory based ab-initio calculations. Our results indicate that in addition to pair interactions, 3-adatom and 4-adatom interactions of significant strengths are present in this system. This further stresses the importance of multi-site interactions in constructing a complete lattice–gas picture. Even though adding these multi-site interactions leads to good convergence in interaction energies, we find that some multi-site interactions are very sensitive to adatom relaxations. This makes the application of a simple lattice–gas picture inadequate for such surfaces. We also parameterize adatom interactions on this surface using the recently developed connector model. The connector model parameterization is as efficient as the parameterization using lattice–gas model. Further, we present diffusion barriers for nearest-neighbor (NN) and next-nearest-neighbor (NNN) hops on this surface.     

分子动力学模拟Gd原子在Cu(110)表面的扩散过程

为了分析Gd吸附原子在Cu(110)表面的扩散机理，用分子动力学对该扩散过程进行模拟.模拟 结果表明在［1 1 0］方向Gd原子通过跳跃机理扩散，而且多步跳跃频率很高.而在［0 0 1］方向则通过交换机理扩散.吸附原子在［1 1 0］方向的扩散能力要比［0 0 1］ 方向强.通过对扩散频率的拟合，发现两种扩散机理都符合Arrhenius公式，从而确定了跳跃 机理的扩散势垒为0.097eV，交换机理的扩散势垒为0.33eV.另外还用能量弛豫的方法确定了 跳跃机理的扩散势垒. 关键词： 分子动力学 表面扩散 跳跃机理 交换机理 扩散势垒     

Energy barriers of single-adatoms diffusion on unreconstructed and reconstructed (110) surfaces

The present paper is aimed mainly to investigate theoretically the diffusion of Ag, Cu, Au and Pt adatoms on the (1 × 1) unreconstructed geometry for Ag, Cu and Pt (110), and reconstructed geometries ((1 × 2), (1 × 3) and (1 × 4)) for Pt and Au (110) surfaces. We consider the single adatom diffusion when additional atoms are deposited in adjacent row. For this study, we have used the molecular statics simulations combined with the embedded atom method. For several systems, we have calculated the activation barriers for hopping mechanism. For the diffusion on the unreconstructed surfaces, the trends for the activation barriers are the same for all considered systems except for Cu/Ag (110) system, where the activation barrier do not change. Further, our results indicate that additional atoms lead to a small decreasing of activation barriers for diffusion on reconstructed surfaces for some systems, while for other systems; the activation barrier remains practically unchanged.     

Manipulation of Cu adatoms on anisotropic Cu surfaces using scanning tunneling microscopy

The physical origin of tip-induced motion of Cu adatoms on anisotropic Cu surfaces is investigated by means of total energy calculations which are based on three different semi-empirical potentials. The calculations show that for certain tip–adatom distances the activation barrier for the adatom to move towards the tip disappears completely, whereas the barrier in the opposite direction increases and the adatom experiences an attractive force towards the tip. The general trends do not depend on the shape and chemical nature of the tip, but quantitatively there appear differences.