α-Al2O3(0001)表面原子缺陷对ZnO吸附影响

采用基于密度泛函理论的分子动力学方法，对α-Al₂O₃(0001)表面 Al，O原子空位缺陷及其对ZnO吸附进行了理论计算.电子局域函数显示了表面空位处的电子密度变化，表面Al原子空缺处有非常明显的缺电子区域，悬挂键临近O的电子密度增大，有利于对Zn的吸附；O原子空缺处的Al原子处存在孤立电子，其ELF值为005—03，将有利于同电负性较大的O或O^2-结合.通过吸附动力学模拟与体系能量的计算发现，表面缺陷显著增强了表面 的化学吸附，空缺原子处都被吸附原子填补，吸附结合能远大于单晶表面的情况.在Al空缺的表面，由于ZnO的O与表面O形成双键，破坏了α-Al₂O₃(0001)表面O六 角对称结构，减小了 O的表面扩散，从而不利于规则的ZnO薄膜生长.相反，O的空缺表面，弥补了α-Al_{2O3(0001)表面O空位缺陷，不影响基片表面O六角对称结构.}     

温度对ZnO/Al2O3(0001)界面的吸附、扩散及生长初期模式的影响

构建了一个ZnO沉积在α-Al2O3(0001)表面生长初期的模型,采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法进行了动力学模拟.发现在400,600和800℃的条件下界面原子有不同的扩散能力,因此温度对ZnO/α-Al2O3(0001)表面界面结构以及ZnO薄膜生长初期模式有决定性的影响.在整个ZnO吸附生长过程中,O原子的扩散系数大于Zn原子的扩散系数,O原子的层间扩散对薄膜的均匀生长起着重要作用.进一步从理论计算上证实了ZnO在蓝宝石(0001)上两种生长模式的存在,400℃左右生长模式主要是Zn螺旋扭曲生长,具有Zn六角平面对称特征,且有利于Zn原子位于最外表面.600℃左右呈现为比较规则的层状生长,且有利于O原子位于最外表面.模拟观察到在ZnO薄膜临近Al2O3基片表面处,Zn的空位缺陷明显多于O的空位缺陷.     

温度对ZnO/Al2O3(0001)界面的吸附、扩散及生长初期模式的影响

构建了一个ZnO沉积在α-Al₂O₃(0001)表面生长初期的模型，采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法进行了动力学模拟.发现在400，600和800℃的条件下界面原子有不同的扩散能力，因此温度对ZnO/α-Al₂O₃(0001)表面界面结构以及ZnO薄膜生长初期模式有决定性的影响.在整个ZnO吸附生长过程中，O原子的扩散系数大于Zn原子的扩散系数，O原子的层间扩散对薄膜的均匀生长起着重要作用.进一步从理论计算上证实了ZnO在蓝宝石(0001)上两种生长模式的存在，400℃左右生长模式主要是Zn螺旋扭曲生长，具有Zn六角平面对称特征，且有利于Zn原子位于最外表面.600℃左右呈现为比较规则的层状生长，且有利于O原子位于最外表面.模拟观察到在ZnO薄膜临近Al₂O₃基片表面处，Zn的空位缺陷明显多于O的空位缺陷. 关键词： 扩散 薄膜生长 2O₃(0001)')" href="#">α-Al₂O₃(0001) ZnO     

温度对α-Al2O3(0001)表面吸附生长ZnO影响的DFT研究

用密度泛函理论的甲面波赝势法对 ZnO 在α-Al_2O_3(0001)表面吸附生长进行了动力学计算.400、600、800℃时,平均每个 ZnO 的吸附能分别为4.16±0.08、4.25±0.11、4.05±0.23eV.温度对 ZnO/α- Al_2O_3(0001)界面有显著影响.400℃的 ZnO 的吸附生长中未出现 Zn 六角对称的偏转,计算得到 ZnO[10(?)0]明显平行于基片[10(?)0], 该温度有利于最外层为 Zn 原子的薄膜表面.600℃的 ZnO 吸附生长过程中存在两种表面结构,一种是表面原子终止于 Zn,ZnO 薄膜[10(?)0]//基片[10(?)0]；另一种结构是表面原子终止于 O,ZnO 薄膜[10(?)0]//基片[11(?)0],这两种表面结构有大约1.6eV 的能垒,后者更稳定.因此,600℃左右是蓝宝石上生长 ZnO 薄膜的理想温度,有利于形成 Zn-O-Zn-O-Zn-O 双层为单元的纤锌矿结构.该温度下,Zn-O 平均键长为0.190±0.01nm,其 ELF 值表明(基片)O-Zn-O 具有明显的共价键特征,而(Zn)O-Al(基片)表现出明显的离子健特征.800℃下,基片表面 Al、O 原子离解导致表面界面结构混乱,没有出现 Zn 六角对称结构.     

a-Al2O3（0001）表面弛豫及其对表面电子态的影响

在周期边界条件下的，k空间中，采用基于密度泛函理论的局域密度近似平面波超软赝势法，对最外表面终止层为单层Al的a-Al2O3超晶胞(2×2)(0001)表面结构进行了弛豫与电子结构计算研究．结果表明，最外表面Al-O层有较大的弛豫，明显地影响了表面原子与电子结构，布居分析表明表面电子有更大的几率被定域在O原子的周围，表现出O的表面态．进一步分析了表面弛豫前后表面电子密度、态密度变化，表面能级分裂主要来自于O的2p轨道电子态变化．通过对比弛豫前后的表面电子局域函数(ELF)图，分析了表面成键特性．     

α-Al2O3(0001)基片表面结构与能量研究

对α-Al₂O₃(0001)晶体表层三种不同终止原子结构的计算模型， 在三维周期边界条件下 的κ空间中，采用超软赝势平面波函数描述多电子体系.应用基于密度泛函理论的局域密度 近似，计算了不同表层结构的体系能量，表明最表层终止原子为单层Al的表面结构最稳定. 对由10个原子组成的菱形原胞进行了结构优化，得到晶胞参数值(a₀＝0.48178n m)与实验 报道值误差小于1.3%.进一步计算了超晶胞(2×2)表面弛豫，弛豫后原第2层O原子层成为最 表层； 对不同表层O，Al原子最外层电子进行了布居分析，表面电子有更大的概率被定域在 O原子的周围，表面明显地表现出O原子的电子表面态. 关键词： 2O₃(0001)')" href="#">α-Al₂O₃(0001) 超软赝势 表面结构 表面态     

α-Al2O3(0001)基片表面结构与能量研究

对α-Al2O3(0001)晶体表层三种不同终止原子结构的计算模型,在三维周期边界条件下的κ空间中,采用超软赝势平面波函数描述多电子体系.应用基于密度泛函理论的局域密度近似,计算了不同表层结构的体系能量,表明最表层终止原子为单层Al的表面结构最稳定.对由10个原子组成的菱形原胞进行了结构优化,得到晶胞参数值(a0＝0.48178nm)与实验报道值误差小于1.3%.进一步计算了超晶胞(2×2)表面弛豫,弛豫后原第2层O原子层成为最表层; 对不同表层O,Al原子最外层电子进行了布居分析,表面电子有更大的概率被定域在O原子的周围,表面明显地表现出O原子的电子表面态.     

动力学研究AlN/α-Al2O3(0001)薄膜生长初期的吸附与扩散

采用基于第一性原理的从头计算分子动力学方法,计算了300-800℃下AlN吸附过程与系统能量、动力学轨迹以及扩散系数.研究表明,吸附过程由物理吸附、化学吸附和表面稳定态三个阶段组成,在吸附成键过程中,温度越高,粒子平均表面扩散能力增强.N原子的扩散系数大于Al原子的扩散系数,尤其是在物理吸附阶段.在较高温度条件下(大于700℃),N的解吸附作用明显增强,不利于AlN的稳定吸附生长,500-700℃之间的温度有利于AlN在α-Al2O3(0001)表面的稳定吸附生长.     

ZnO的激光分子束外延法制备及X射线研究

利用激光分子束外延(L-MBE)技术在α-Al2O3(0001)衬底上生长出了沿C轴高度择优取向的ZnO外延薄膜,并采用Philips四晶高分辨X射线衍射仪(Philip′s X′Pert HR-MRD)对ZnO薄膜的表面及结构特性进行了研究.应用小角度X射线分析方法(GIXA)对ZnO薄膜的表面以及ZnO/Al2O3界面状况进行了定量表征.X射线反射率(XRR)曲线出现了清晰的源于良好表面及界面特性的Kiessig干涉振荡峰,通过对其精确拟合求得ZnO薄膜的表面及界面粗糙度分别为0.34 nm和1.12 nm.ZnO薄膜与α-Al2O3(0001)衬底的XRD在面(in-plane) Φ扫描结果表明形成了单一的平行畴(Aligned in-plane Oriented Domains),其在面外延关系为ZnO［1010］ ||Al2O3［1120］.XRD ω-2θ 扫描以及ω 摇摆曲线半峰宽分别为0.12度和1.27度,这一结果表明通过形成平行畴及晶格驰豫过程,ZnO薄膜中的应力得到了有效的释放,但同时也引入了螺位错.     

点缺陷对 L12-Al3Li金属间化合物热力学性能的影响

运用基于第一性原理的平面波赝势法研究了L12-Al3Li金属间化合物中Li原子空位和Al原子反位缺陷对Al3Li热力学性能的影响,结果表明：Al反位缺陷易与周围原子形成局域共价键,使晶体体积增大,而Li空位缺陷却减小了晶体体积。Li空位缺陷使L12-Al3Li的硬度增加,延展性降低,德拜温度值升高。Al反位缺陷降低了晶体的硬度,增加了延展性,降低了德拜温度值。在德拜温度以下,Li空位缺陷减小了L12-Al3Li的热容, 而Al反位缺陷使晶体热容增大。晶格畸变对L12-Al3Li晶体的热力学性能有重要影响     

点缺陷对L1_2-Al_3Li金属间化合物热力学性能的影响

运用基于第一性原理的平面波赝势法研究了L12-Al3Li金属间化合物中Li原子空位和Al原子反位缺陷对Al3Li热力学性能的影响,结果表明:Al反位缺陷易与周围原子形成局域共价键,使晶体体积增大,而Li空位缺陷却减小了晶体体积.Li空位缺陷使L12-Al3Li的硬度增加,延展性降低,德拜温度值升高.Al反位缺陷降低了晶体的硬度,增加了延展性,降低了德拜温度值.在德拜温度以下,Li空位缺陷减小了L12-Al3Li的热容,而Al反位缺陷使晶体热容增大.晶格畸变对L12-Al3Li晶体的热力学性能有重要影响.     

FT-IR与微量吸附量热联用研究BaO/Al_2O_3催化剂表面酸碱性质

运用红外光谱与微量吸附量热联用技术研究了焙烧温度对BaO/γ-Al2O3表面酸碱性的影响。结果表明,γ-Al2O3经1000℃焙烧转化为θ-Al2O3和α-Al2O3,BaOγ-Al2O3经高温焙烧后生成BaO·Al2O3和BaO·6Al2O3等物相。600℃焙烧后,BaO/γ-Al2O3的表面酸性比γ-Al2O3的稍有下降,而碱性却大为增强。经1000℃焙烧后,表面的酸碱性则均大为降低,只有少量较弱的酸碱性位。     

动力学研究AlN/α-Al2Ｏ3（0001）薄膜生长初期的吸附与扩散

采用基于第一性原理的从头计算分子动力学方法,计算了300—800℃下AlN吸附过程与系统能量、动力学轨迹以及扩散系数.研究表明,吸附过程由物理吸附、化学吸附和表面稳定态三个阶段组成,在吸附成键过程中,温度越高,粒子平均表面扩散能力增强.N原子的扩散系数大于Al原子的扩散系数,尤其是在物理吸附阶段.在较高温度条件下（大于700℃）,N的解吸附作用明显增强,不利于AlN的稳定吸附生长,500—700℃之间的温度有利于AlN在α-Al₂Ｏ₃（0001）表面的稳定吸附生 关键词： 2Ｏ₃（0001）表面')" href="#">α-Al₂Ｏ₃（0001）表面 扩散 吸附生长 从头计算分子动力学     

Fe/ZnO(0001)界面的同步辐射光电子能谱研究

利用同步辐射光电子能谱研究了Fe/ZnO生长模式、界面化学反应和电子结构.结果表明，Fe在ZnO(0001)表面以类SK模式生长(单层加岛状生长).当沉积约2?的Fe后，生长模式开始从二维层状生长转变成混合模式生长.界面价带谱和Fe3p芯能级谱的分析表明，在低覆盖度下，约有一个原子层(约1.5?)的Fe被ZnO(0001)面的外层O原子氧化，随着沉积厚度的增加，金属态Fe的信号逐渐增强.当吸附了5.1?的Fe时，出现了较强的金属Fe的Fermi边，说明出现了Fe的金属态.此外，在Fe原子吸附过程中，样品功函数在Fe厚度为0.2?时达到最小值4.5eV，偶极层形成后逐渐稳定在4.9eV.     

单原子Al修饰空位缺陷V2C（MXene）对H2气体表面吸附的第一性原理研究

基于第一性原理计算方法,对含空位缺陷的V₂C(MXene)在不同位点修饰单原子Al的相关性能进行系统研究.研究表明,几何优化后得到含空位缺陷的V₂C稳定结构表面能为-3075.53 J/m²,单原子Al修饰本征V₂C单原子的吸附能为1.5511eV、单原子Al修饰空位缺陷V₂C的吸附能为-2.0763 eV,这表明含空位缺陷的V₂C,由于单原子Al的修饰可以明显改善晶体结构稳定性.进一步从态密度、分波态密度、吸氢能力研究发现,各体系态密度和分波态密度均出现分波越过费米能级的现象,表现出较强的金属性;V₂C吸附H₂气体分子吸附能为-7.5867 eV,而空位缺陷V₂C和单原子Al修饰空位缺陷V₂C两个体系对H₂气体分子的吸附能仅为-0.9851 eV、-2.7130 eV,均未能进一步改善V₂C对H₂气体分...     

低能Pt原子与Pt(111)表面相互作用的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法详细研究了低能Pt原子与Pt(111)表面的相互作用所导致的表面吸附原子、溅射原子、表面空位的产生及分布规律,给出了表面吸附原子产额、溅射原子产额和表面空位产额随入射Pt原子能量的变化关系.模拟结果显示:溅射产额、表面吸附原子产额和表面空位产额随入射原子的能量的增加而增加,溅射原子、表面吸附原子的分布花样呈3度旋转对称性质;当入射粒子能量高于溅射阈值时,表面吸附原子主要是基体最表面原子的贡献,入射粒子直接成为表面吸附原子的概率很小.其主要原因是:当入射粒子能量高于溅射能量阈值时,入射 关键词： 分子动力学 低能粒子 表面原子产额 空位缺陷 溅射     

Al掺杂和空位对ZnO磁性影响的第一性原理研究

Al掺杂和Zn空位在ZnO中或Al掺杂和O空位在ZnO中的磁性来源和机理的认识频有争议.为了解决本问题,本文采用基于自旋密度泛函理论框架下的广义梯度近似(GGA+U)平面波超软赝势方法,用第一性原理对其进行了研究,发现Al掺杂和O空位共存在ZnO中没有磁性;Al掺杂和Zn空位在ZnO中有磁性,并且,磁性来源主要由Zn空位产生的空穴为媒介,使得Zn空位附近O 2p态和Zn 4s态电子交换作用形成的.其次,Al掺杂和Zn空位在ZnO中或Al掺杂和O空位在ZnO中,Al掺杂和Zn空位或O空位相对位置较近时,掺杂体系形成能最低,掺杂和空位越容易,稳定性越高.     

Sc在Al-Zn-Mg-Cu超高强铝合金中作用机理的电子理论研究

通过晶胞平移获得Al-Zn-Mg-Cu合金中α-Al,Al₃Sc及η相原子集团模型,采用自编软件建立α-Al/液态Al界面、α-Al/Al₃Sc界面原子团模型.用递归法计算合金中各组织的态密度、结合能、费米能级,合金元素Sc与空位相互作用能等电子参数.依据电子参数解释合金晶粒细化、腐蚀的物理本质.研究表明： Al₃Sc从液态金属析出时释放的能量比α-Al从液态金属析出时所释放的能量少,可先于α-Al从液态金属中析出;且α-Al 关键词： 电子结构 腐蚀 超高强Al合金     

Fe/ZnO(0001-)界面的同步辐射光电子能谱研究

利用同步辐射光电子能谱研究了Fe／ZnO生长模式、界面化学反应和电子结构．结果表明，Fe在ZnO（0001^-）表面以类SK模式生长（单层加岛状生长）．当沉积约2A的Fe后，生长模式开始从二维层状生长转变成混合模式生长．界面价带谱和Fe3p芯能级谱的分析表明，在低覆盖度下，约有一个原子层（约1．5A）的Fe被ZnO（0001）面的外层0原子氧化，随着沉积厚度的增加，金属态Fe的信号逐渐增强．当吸附了5．1A的Fe时，出现了较强的金属Fe的Fermi边，说明出现了Fe的金属态．此外，在Fe原子吸附过程中，样品功函数在Fe厚度为0．2A时达到最小值4．5．eV，偶极层形成后逐渐稳定在4．9eV．     

Effect of the stoichiometry on the electronic structure of the Ni（111）/α-Al2O3（0001） interface： a first-principles investigation

In this paper first-principles calculations of Ni（111）/α-Al2O3（0001） interfaces have been performed, and are compared with the preceding results of the Cu （111）/α-Al2O3（0001） interface [2004 Phil. Mag. Left. 84 425]. The AI- terminated and O-terminated interfaces have quite different adhesion mechanisms, which are similar to the Cu（111）/α Al2O3（0001） interface. For the O-terminated interface, the adhesion is caused by the strong O-2p/Ni-3d orbital hybridization and ionic interactions. On the other hand, the adhesion nature of the Al-terminated interface is the image-like electrostatic and Ni-Al hybridization interactions, the latter is substantial and cannot be neglected. Charge transfer occurs from Al2O3 to Ni, which is opposite to that in the O=terminated interface. The charge transfer direction for the Al-terminated and O-terminated Ni（111）/α-A1203（0001） interfaces is similar to that in the corresponding Cu（111）/α- Al2O3（0001） interface, but there exist the larger charge transfer quantity and consequent stronger adhesion nature, respectively.