第一性原理计算Ni原子吸附在Al(111)表面原子结构和电子态(英文)

利用密度泛函理论和广义梯度近似研究镍吸附在Al(111)表面.在覆盖率为0.25ML下,分析了Ni吸附在Al(111)表面的面心立方洞位、六角密排洞位、顶位和桥位四个高对称位的原子结构和吸附能.比较不同高对称位的吸附能发现,六角密排洞位的吸附能最大,是5.76eV,是最稳定的吸附位置.详细讨论了两个最低能量结构-三重洞位的电子结构、功函数、表面偶极距和Ni-Al键的特性.在费米能级附近,Ni-3d和Al-3s,3p轨道产生杂化,形成金属间化合键.由于吸附导致双金属体系表面偶极距和功函数的变化.我们发现:Ni原子与Al(111)表面原子间成建主要是共价键,没有表现出明显的静电荷跃迁,相应的产生非常小的表面偶极距.与面心立方洞位相比,六角密排洞位在费米能级附近产生较低的态密度,在键态附近产生较大的杂化.     

Ni(111)表面C原子吸附的密度泛函研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算,对过渡金属Ni晶体与Ni (111)表面的结构和电子性质进行了研究, 并探讨了单个C原子在过渡金属Ni (111)表面的吸附以及两个C原子在Ni(111)表面的共吸附. 能带和态密度计算表明, Ni晶体及Ni (111)表面在费米面处均存在显著的电子自旋极化. 通过比较Ni (111)表面各位点的吸附能,发现单个C原子在该表面最稳定的吸附位置为第二层Ni原子上方所在的六角密排洞位, 吸附的第二个C原子与它形成碳二聚物时最稳定吸附位为第三层Ni原子上方所在的面心立方洞位. 电荷分析表明,共吸附时从每个C原子上各有1.566e电荷转移至相邻的Ni原子, 与单个C原子吸附时C与Ni原子间的电荷转移量(1.68e)相当. 计算发现两个C原子共吸附时在六角密排洞位和面心立方洞位的磁矩分别为0.059μ_B和 0.060μ_B,其值略大于单个C原子吸附时所具有的磁矩(0.017μ_B).     

Al吸附在Pt,Ir和Au的(111)面的低覆盖度研究

应用密度泛函理论,系统研究了Al原子在Pt(111),Ir(111)和Au(111)表面的桥位、顶位、三重面心立方(fcc)洞位和六角密排(hcp)洞位这四个典型位置的吸附情况. 主要计算了三吸附体系的几何结构、平均结合能和差分电荷密度,并系统讨论了相关原子的密立根电荷布居数和投影态密度.研究发现,对于Pt(111)和Ir(111)表面,Al原子在hcp洞位最稳定,但是对于Au(111)表面,Al原子在fcc洞位最稳定. 关键词： 吸附 密度泛函理论 结合能 电子结构     

第一性原理研究氧在Ni(111)表面上的吸附能及功函数

采用基于密度泛函理论（DFT）广义梯度近似（GGA）下的第一性原理方法系统地研究了不同覆盖度下O在Ni（111）表面的吸附特性.计算结果表明,O在Ni（111）表面的稳定吸附位为三重面心立方（fcc）洞位,吸附能随着覆盖度的增加而减小,O诱导Ni（111）表面功函数的变化量与覆盖度成近线性关系,并随着覆盖度的增加而增大.同时,通过对电子密度和分波态密度的分析发现：O在Ni（111）表面的吸附使得Ni表面电子向O原子转移,形成表面偶极矩,导致功函数增加;表面Ni原子的3d轨道和O的2p轨道通过耦合、杂化作用形成成键态和反键态,而反键态几乎不被占据,因而O—Ni键相互作用比较强,吸附能较大. 关键词： 表面吸附 密度泛函理论 吸附能 功函数     

O在Au(111)表面吸附的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论，本文系统地研究了O在Au(111)表面上的吸附能、吸附结构、功函数、电子密度和投影态密度，给出了覆盖度从0.11ML到1.0ML的范围内，O的吸附特性随覆盖度变化的规律.研究发现O的稳定吸附位为3重面心立方(fcc)洞位，O在fcc洞位的吸附能对覆盖度比较敏感，其值随着覆盖度的增加而减小；O诱导Au(111)表面功函数的变化量与覆盖度成近线性关系，原因是Au表面电子向O偏移，形成表面偶极子；O—Au的相互作用形成成键态和反键态，且反键态都被占据，造成O—Au键很弱，O吸附能较小. 关键词： 表面吸附 Au(111)表面 密度泛函理论 电子特性     

一种由自由电子能带模型计算费米能级的方法

对面心立方（fcc)、体心立方（bcc)和六角密堆积（hcp)三种不同结构的晶体,在假设它们的原胞中包含8个价电子并将价电子近似为自由电子的情况下,采用“自由电子气理论”和“自由电子能带模型”,研究其根据费米球确定的费米能级EF与根据自由电子能带模型计算的平均键能Em。研究结果表明,由自由电子能带模型计算所得3种不同结构晶体（因而电子密度也不一样）的平均键能Em等于各自自由电子系统的费米能级EF。平均键能Em是我们在异质结带阶理论计算中建议的一种参考能级,研究结果在深化对平均键能Em物理实质认识的同时,提供了一种借助于自由电子能带模型计算自由电子系统费米能级EF的新方法。     

平均键能Em的物理内涵探讨

在面心立方(fcc)、体心立方(bcc)和六角密堆积(hcp)3种不同结构晶体的自由电子能带模型中,发现4个最低能带与5个次低能带本征值的平均能量(称为平均键能,E_m)与费米能级(E_F)相当接近;并进一步在hcp结构的钛(Ti)、锆(Zr)和铪(Hf)以及bcc结构的铁(Fe)等金属中,采用从头赝势能带计算方法和平均键能计算方法,证实在这些金属的实际能带中,平均键能(E_m)值仍然非常接近于费米能级(E_F)值.该发现有助于进一步了解平均键能(E_m)的物理内涵. 关键词： 平均键能 费米能级 能带结构     

H,Cl和F原子钝化Cu_2ZnSnS_4(112)表面态的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统研究了Cu_2ZnSnS_4体相的晶格结构、能带、态密度及表面重构与H,Cl和F原子在Cu_2ZnSnS_4(112)表面上的吸附和钝化机理.计算结果表明:表面重构出现在以金属原子Cu-Zn-Sn终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上,并且表面重构使表面发生自钝化;当单个H,Cl或F原子吸附在S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上时,相比于桥位(bridge)、六方密排(hcp)位和面心立方(fcc)位点,三种原子均在特定的顶位(top)吸附位点表现出最佳稳定性.当覆盖度为0.5 ML时,无论H,Cl还是F原子占据Cu_2ZnSnS_4(112)表面的2个顶位均具有最低的吸附能.以S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面在费米能级附近的电子态主要由价带顶部Cu-3d轨道和S-3p轨道电子贡献,此即表面态.当H,Cl或F原子在表面的覆盖度达0.5 ML时,费米能级附近的表面态降低,其中H原子钝化表面态的效果最佳,Cl原子的效果次之,F原子的效果最差.表面态降低的主要原因在于吸附原子从S原子获得电子致使表面Cu原子和S原子在费米能级处的态密度峰几乎完全消失.     

氢在Ni(511)台阶面的吸附与解离研究

应用EAM模型研究了氢在Ni(511)面的吸附和解离.首先计算了单个氢原子在Ni(511)面上的吸附能、吸附键长及吸附高度,发现氢在Ni(511)面上有三种相对稳定的吸附位,即台阶棱上的二重桥位B、台阶面上的三重洞位H3′以及平台面上的四重洞位H1和H2.与Ni(001)低指数面相比,明显的增加了台阶棱上的二重桥位B以及台阶面上的三重洞位H3′,并且H1位的吸附性也有所增强,说明台阶的存在影响了氢在Ni(511)表面的吸附性,使台阶附近的吸附位增多且吸附性增强;然后计算了氢分子在台阶表面上解离吸附时的活化势垒、吸附能、氢镍之间键长及氢氢之间的距离,计算结果表明台阶底部更易于使氢分子解离,台阶附近是氢吸附和解离的活性部位.     

石墨烯吸附钛原子的第一性原理研究

基于密度泛函理论研究了单个钛原子分别位于本征石墨烯GR、点缺陷石墨烯（包括空位石墨烯DGR和氮掺杂石墨烯N-GR）薄片表面的吸附机理。通过计算钛原子在本征石墨烯表面不同位置时的吸附结构和吸附能,发现最稳定吸附位置是碳六元环的中心;计算了各个吸附体系的吸附能、态密度和差分电荷密度,研究表明三个吸附体系碳钛间均产生了电子轨道杂化,掺氮后的石墨烯对钛原子的吸附性能略微增强,而空位石墨烯对钛的吸附能是本征石墨烯的4倍,费米能级附近电子态局域化程度最大,吸附效果最好。     

Al原子在Ni基衬底表面的扩散及团簇的形成

Ni Al纳米颗粒具有较高的能量密度和良好的高温力学性能,铝吸附原子在不同镍基表面上的扩散行为与不同扩散机制对铝在镍基表面沉积生长的影响有待进一步阐明.本文通过采用肘弹性带和分子动力学结合嵌入原子势的方法,系统地研究了单个铝吸附原子在镍基表面的扩散行为和纳米颗粒团簇在十面体(DEC)、立方八面体(CUB)和二十面体(ICO)结构上的生长.研究结果表明:Al吸附原子在三种Ni基底上表面扩散的交换与跳跃两种机制,最低的Ehrlich-Schwoebel(ES)势垒为0.38 e V (交换CUB{111}→100})、0.52 e V (交换DEC{111}→100})和0.52 e V (跳跃ICO{111}→111}),从{111}面扩散到{100}面主要以交换机制为主,而相邻两个{111}面之间的扩散则以跳跃机制为主.沉积的铝原子首先倾向于扩散到台阶边缘和顶点附近.随着Al原子数量的增加,沉积的Al原子开始聚集.对于Ni团簇上的Al原子,在较低温度下在镍基底表面沉积Al原子,可以获得良好的Ni核/Al壳结构.对于二十面体结构基底,其对应的核壳团簇的缺陷数最小,随后为十面体结构和八面体结构.随着生长温度的增加Ni Al纳米粒子的表面逐渐开始合金化.     

Fe,Co,Ni掺杂石墨烯表面吸附C_2H_4的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA),本文对本征石墨烯以及掺杂Fe,Co,Ni石墨烯的几何结构和电子性质进行了优化计算,并计算了C_2H_4在本征石墨烯以及掺杂石墨烯表面的吸附过程,讨论了体系的吸附能、稳定性、DOS及掺杂对键长的影响.结果表明C_2H_4在本征石墨烯B位的吸附和掺杂石墨烯的吸附为化学吸附,在本征石墨烯T和H位的吸附为物理吸附;掺杂后石墨烯的比表面积增大,与本征石墨烯相比,掺杂使费米能级附近的态密度积分显著提高,表明掺杂石墨烯的电导性会发生变化,从而影响对C_2H_4的气敏度..C_2H_4在Fe、Co、Ni分别掺石墨烯的最佳吸附位为T位、H位和B位;掺杂Fe,Ni后体系的吸附能力显著提高,且掺杂Ni时体系的吸附能力最好.     

石墨烯吸附钛原子的第一性原理计算

基于密度泛函理论研究了单个钛原子分别位于本征石墨烯(GR)、点缺陷石墨烯(包括空位石墨烯(DGR)和氮掺杂石墨烯(N-GR))薄片表面的吸附机理.通过计算钛原子在本征石墨烯表面不同位置时的吸附结构和吸附能,发现最稳定吸附位置是碳六元环的中心;计算了各个吸附体系的吸附能、态密度和差分电荷密度,研究表明三个吸附体系碳钛间均产生了电子轨道杂化,掺氮后的石墨烯对钛原子的吸附性能略微增强,而空位石墨烯对钛的吸附能是本征石墨烯的4倍,费米能级附近电子态局域化程度最大,吸附效果最好.     

Cl原子在γ-TiAl(111)表面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论,在广义梯度近似下研究了Cl在γ-TiAl(111)表面的吸附.计算结果表明:γ-TiAl(111)表面的面心立方位置(fcc)和六角密排位置(hcp)为Cl吸附的稳定位置,当覆盖度Θ小于一个单层(ML)时,Cl原子倾向于吸附在γ-TiAl(111)表面近邻为多Ti的位置.电子结构分析发现,Cl原子同表面金属原子形成较强的离子键,并且成键具有一定的方向性.当Cl原子和O原子共同在γ-TiAl(111)表面吸附时,二者都趋     

氯原子在Cu(111)表面的吸附结构和电子态

密度泛函理论(DFT)总能计算研究了不同覆盖度下氯原子在Cu(111)表面的吸附结构和表面电子态。计算结果表明,清洁Cu(111)表面自由能 为15.72 ,表面功函数φ为4.753eV。在1/4ML和1/3ML覆盖度下,每个氯原子在Cu(111)表面fcc谷位的吸附能分别等于3.278eV/atom和3.284eV/atom。在1/2ML覆盖度下,两个紧邻氯原子分别吸附于fcc和hcp谷位,氯原子的平均吸附能为2.631eV/atom。在1/3ML覆盖度下,fcc和hcp两个位置每个氯原子吸附能的差值约为2meV/atom,与正入射X光驻波实验结合蒙特卡罗方法得到结果(<10meV/atom)基本一致。在1/4ML、1/3ML和1/2ML覆盖度下,吸附后Cu(111)表面的功函数依次为5.263eV、5.275eV和5.851eV。吸附原子和衬底价轨道杂化形成的局域表面电子态位于费米能级以下约1.2eV、3.6eV和4.5eV等处。吸附能和电子结构的计算结果表明,氯原子间的直接作用和表面铜原子紧邻氯原子数目是决定表面结构的两个重要因素。     

Pt(110)表面自吸附原子能量和力的改进分析型嵌入原子法分析

采用改进分析型嵌入原子法计算了Pt(110)表面自吸附原子的能量和法向力.当Pt吸附原子位于Pt(110)表面第一层原子的二重对称洞位上0.11nm时最稳定.Pt吸附原子的最佳迁移路径是由一个二重对称洞位沿密排方向迁移到最近邻的另一个二重对称洞位.在吸附原子远离表面的过程中，将依次经过排斥、过渡和吸引等三个区域.在排斥区和过渡区，由于吸附原子与表面原子间强的相互作用势，吸附原子的能量和法向力的形貌图均为(110)面原子排列的复形，与对势理论和嵌入原子法得到的结果一致.在吸引区，由于多体相互作用及晶体中原子 关键词： 金属表面 自吸附 能量 力     

SO2/Ni(111)吸附系统局域结构的多重散射团簇理论研究

用多重散射团族方法对SO₂/Ni(111)吸附系统的S原子ls近边X射线吸收精细结构进行了详细的计算和分析,求得吸附系统的局域结构。研究结果证实了SO₂分子在Ni(111)表面是平铺吸附的,其最佳吸附位为fcc三度芯位。吸附分子的S—O键长比气体状态时增长了(0.007±0.002)nm,分子键角∠OSO减小了10°,SO₂距衬底的吸附高度为(0.20±0.02)nm。理论计算与两组实验结果进行了直接比较。 关键词： 局域吸附结构 X射线吸收精细结构 2/Ni(111)')" href="#">吸附系统SO₂/Ni(111) 多重散射团簇方法     

锂薄膜的第一性原理计算:量子尺寸效应和原子氢的吸附

采用第一性原理方法计算Li（110）、（100）和（111）三个表面方向3至30层自由薄膜的表面能和氢原子的吸附能.随着层厚变化出现量子振荡现象,即量子尺寸效应.重点计算Li（110）表面吸附氢原子吸附高度、吸附氢原子前后费米能级处的态密度和功函数.这些量都随着层厚变化出现明显的量子振荡,且与表面能或吸附能的振荡有明显的相关性.计算发现Li（110）薄膜表面的功函数由于吸附氢原子而降低了约0.9 eV,吸附的氢原子拉低了最外层Li原子和真空层的静电势,导致吸附氢原子后功函数下降.     

H在Al(111)面上吸附的多重散射X_α自洽计算

利用多重散射X_α自洽场方法研究了H在Al(111)表面吸附的桥位和顶位模型。结果表明顶位吸附的结合能优于桥位。顶位吸附中H的1s电子与Al相互作用形成不同形式的σ键,本文分析了这些成键细节,并给出了顶位吸附的态密度。     

H原子在Al(111)和Ag(111)面上的吸附

本文用电荷自洽的EHT方法,研究了H原子在Al(111)和Ag(111)面上的吸附,结果指出:在Al(111)面上,H以原子状态吸附在某些对称位置上,它也能渗透到表面层中去,成为填隙原子;H₂分子在表面处发生解离吸附。在Ag(111)表面上,H原子有可能以分子状态吸附,H—H键平行于表面,这与高分辨率电子能量损失谱所得到的实验结果一致;但H₂分子在Ag(111)表面也可能发生解离吸附。 关键词：