低能单个Cu原子与Cu_(13)团簇沉积到Fe(001)表面的比较研究

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Cu_(13)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Cu_(13)团簇的初始入射能量范围均为1 e V/atom、3 e V/atom、5 e V/atom和10 e V/atom,初始入射角度均为0°、10°、30°和45°,衬底温度分别为100 K、300 K和800 K.对单个Cu原子和Cu_(13)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Cu_(13)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Cu_(13)团簇与Fe(001)表面的相互作用机制存在差异,Cu_(13)团簇表现出显著的集体效应.在特定沉积条件下,由于Cu_(13)团簇的集体效应,导致Cu_(13)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Cu13团簇沉积薄膜的分子动力学模拟研究

利用分子动力学模拟方法对Cu₁₃团簇在Fe（001）表面上沉积薄膜进行了研究,分析了不同沉积条件对薄膜生长模式的影响,对比分析了不同沉积条件下表面粗糙度、缺陷分布和外延度等薄膜性质的差异。Cu₁₃团簇的初始沉积能量范围为0.1~10.0 eV/atom,沉积率为1.0 clusters/ps,衬底温度分别为300,700和1 000 K。模拟结果表明:团簇初始沉积能量主要影响薄膜生长模式,当初始沉积能量为7.5 eV/atom的Cu₁₃团簇沉积到温度为300 K的Fe（001）表面时,可形成表面光滑、内部缺陷少和较好外延度的高质量Cu薄膜。     

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. 关键词： 分子动力学 团簇 表面 计算机模拟     

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.     

低能Pt原子团簇沉积过程的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟系统研究了低能Pt38,Pt141和Pt266原子团簇与Pt(001)表面的相互作用过程,详细分析了初始原子平均动能为0.1,1.0和10eV的原子团簇的沉积演化过程及其对基体表面形貌的影响.研究表明,初始原子平均动能是描述低能原子团簇的重要参量.当团簇的平均原子动能较低时,团簇对基体表层原子点阵损伤较小,基本属于沉积团簇;随着入射团簇的原子平均动能的增加,团簇对表层原子点阵结构的破坏能力增强,当团簇的原子平均动能增加到10eV时,团簇已经显现出注入特征.低能原子团簇对基体表面形貌的影响 关键词： 分子动力学模拟 低能原子团簇 载能沉积     

用扫描隧道显微镜操纵Cu亚表面自间隙原子

在超高真空环境下使用扫描隧道显微镜研究了吸附有双甘氨肽分子的Cu(001)表面.在一定的 偏压条件下，针尖在该表面扫描后会形成纳米尺度的Cu团簇，这些团簇可以根据意愿排列成 字母或图形.团簇的高度同偏压、隧道电流以及时间等条件有密切关系.在室温下可以稳定存 在的团簇为制造纳米器件提供了技术上的可能性.实验结果表明，形成团簇的Cu原子不是来 自Cu衬底表面或是针尖.化学吸附在Cu表面的双甘氨肽分子，受到隧道电场的作用会在Cu表 面形成张应变场，Cu亚表面自间隙原子在张应变场作用下迁移到表面是形成团簇的原因. 关键词： 扫描隧道显微镜 纳米尺度Cu团簇 自间隙原子     

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     

C2团簇在金刚石(111)表面吸附结构的分子动力学模拟

利用Brenner(#2)半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法研究荷能的C₂在金刚石(111)表面的化学吸附过程.模拟300 K时,初始入射动能分别为1,20,30 eV的C₂团簇从6个不同位置轰击金刚石(111)表面,观察到C₂团簇在金刚石(111)表面形成的吸附结构,表面C原子键的打开以及C₂团簇与表面C原子成键等物理过程,并讨论不同入射位置和入射能量对沉积团簇的结构特性的影响.结果表明,对于表面不同的局部构型,C₂团簇发生不同的碰撞过程,C₂团簇入射能量的提高有利于成键过程的发生,从原子尺度模拟沉积机制.     

混合团簇Cu11Fe2的的密度泛函研究

以Cu13非紧致低对称性基态结构及四种13原子高对称性（Ih、Oh、D5h、D3h）密堆积结构为初始构型，通过不等价位原子替换，利用密度泛函理论系统研究了Cu11Fe2混合团簇的稳定性及磁性．结果表明：对四种高对称性结构相应中心位替代构型稳定性均高于双表面位替代构型；Cu11Fe2团簇的基态结构为含一个中心位替代和一个表面位替代的Ih替换结构，这与Cu13的基态结构完全不同；Cu11Fe2无明显近基态同分异构现象；相较Cu13团簇、Cu11Fe2团簇的稳定性及磁性均得到增强．     

分子动力学模拟Cu(010)基体对负载Co-Cu双金属团簇熔化过程的影响

纳米团簇负载到基体上的结构演化和热稳定性是其走向技术应用的关键. 本文用分子动力学结合嵌入原子方法模拟了具有二十面体初始结构的Co₂₈₁Cu₂₈₀ 混合双金属团簇在Cu(010)基体上的熔化过程, 考察了基体的Cu原子可以自由移动(自由基体)和固定(固定基体)两种条件对负载团簇熔化的影响. 发现基体条件对团簇的熔化有明显的影响. 在自由基体上团簇原子的温度-能量曲线存在明显的团簇熔化时的能量突变点, 熔点为1320 K, 低于固定基体上团簇的熔点1630 K. 在升温过程中团簇的二十面体结构会在基体表面发生外延生长. 外延团簇随着温度增加发生表面预熔, 预熔原子会逐渐向基体表面扩散形成薄层, 直至完全熔化. 自由基体上团簇原子的嵌入行为会使原子的分布状态产生不同于固定基体上的演变.     

Ar-buffer-assisted deposition of Cu13 on Cu(1 1 1) surfaces

In this paper, the deposition of Cu₁₃ onto Cu(1 1 1) surface through argon buffer layers was investigated by molecular dynamics (MD) simulations. The interactions between Cu-Cu, Cu-Ar, and Ar-Ar were described by Finnis-Sinclair (FS) tight-binding potential and L-J potential, respectively. The impact energy was chosen to be 2-6 eV/atom in order to compare with experimental results. It was observed that with Ar-buffer layers, the Cu cluster deposited on the surface may retain its free cluster symmetry (I_h). Whereas, on originally bare Cu surface, the deposited Cu cluster lost its original symmetry completely and was recrystalized to have the same fcc structure as the substrate. The Ar-buffer dissipates most of the translational energy of the incident cluster. Therefore, it prevents the cluster from being overheated upon impinging. Furthermore, the interaction between Ar and Cu benefits the confinement of the cluster structure. Our study shows that with Ar-buffer layers, the lateral spread of deposited clusters is 20% smaller than that on the bare Cu surface. This is consistent with the experimental findings.     

低能CU6团簇在CU(001)表面和AU(001)表面沉积的分子动力学模拟研究

关键词：     

The deposition of Fe or Co clusters on Cu substrate by molecular dynamic simulation

A molecular dynamic method is used to simulate the film growth process of Fe or Co clusters depositing on Cu substrate with low energy. The tight-binding (TB-SMA) many-body potential is used to simulate the interaction between atoms. The effects of different incident energies and/or substrate temperatures on the surface roughness, layer coverage function, radial distribution function (RDF), and residual stress are investigated. From the simulation results, as the substrate temperature and/or incident energy is increased, the surface roughness of the grown film could be reduced, and the interface intermixing is increased. Also, as compared to Co–Cu system, Fe–Cu system has better surface roughness, less interface intermixing, and similar radial distribution function as well as average stresses.     

Atomistic study of deposition process of Al thin film on Cu substrate

In this paper we report molecular dynamics based atomistic simulations of deposition process of Al atoms onto Cu substrate and following nanoindentation process on that nanostructured material. Effects of incident energy on the morphology of deposited thin film and mechanical property of this nanostructured material are emphasized. The results reveal that the morphology of growing film is layer-by-layer-like at incident energy of 0.1-10 eV. The epitaxy mode of film growth is observed at incident energy below 1 eV, but film-mixing mode commences when incident energy increase to 10 eV accompanying with increased disorder of film structure, which improves quality of deposited thin film. Following indentation studies indicate deposited thin films pose lower stiffness than single crystal Al due to considerable amount of defects existed in them, but Cu substrate is strengthened by the interface generated from lattice mismatch between deposited Al thin film and Cu substrate.     

Superparamagnetism in small Fe clusters on Cu(111)

Fe clusters of 105±2 atoms/cluster were mass selectively deposited onto Cu(111) at cryogenic temperatures. XMCD was used to measure temperature and direction dependent magnetization curves. The clusters are superparamagnetic at the lowest temperature measured (10 K). Their magnetization curves are consistent with magnetic moments of ≈2.5μ_B per atom which are thus enhanced over the bulk values. Within experimental accuracy, the clusters do not present magnetocrystalline anisotropy in the temperature range of 10 K to 60 K.     

洁净和氧吸附的Cu(100)表面重构的理论研究

在密度泛函理论下,计算了清洁和吸附氧原子的Cu(100)表面的驰豫和优势吸附构型。结果表明,氧原子在金属表面采用四重穴位时,具有最大的结合能,顶位吸附时结合能最小,桥位吸附时结合能居间。这一计算结果与实验报道一致。各种密度泛函方法的比较后,发现采用mPW1PW91密度泛函和LanL2dz赝势基组,能够准确给出与实验相符的计算结果。平板模型计算的分态密度图显示,在吸附过程中出现d轨道向Fermi能级移动并越过Fermi能级,而O原子的p轨道能级远离Fermi能级,表明有电子从铜原子的d轨道转移到氧原子的2p轨道,簇模型和平板模型的布居分析显示表面氧带有约0.65～0.7 e的负电荷。研究表明,采用适当的基组和泛函方法,即使采用簇模型来模拟表面,也可以获得与实验比较吻合的计算结果。