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     

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.     

熔融Cu55团簇在铜块体中凝固过程的分子动力学模拟

应用基于嵌入原子势函数的分子动力学方法,模拟了嵌入在具有面心立方结构同质块体中的熔融Cu55团簇在不同急冷温度下微观结构的演变情况.通过计算熔融Cu55团簇的均方位移和原子平均能量随时间步的变化,并应用键对分析技术,分析了急冷温度对熔融Cu55团簇结构变化的影响.研究结果表明,由于受到块体结构的影响,在所研究的急冷温度范围内,熔融Cu55团簇在凝固过程中形成了以面心立方结构为主的微观结构.结晶过程是原子不断交换其位置的过程,团簇原子位置的重排敏感于温度的变化.随着急冷温度的升高,原子的扩散范围增大.在100,300和500 K三个较低的温度下有利于形成稳定的面心立方结构,但当急冷到100 K时,团簇中的原子在没有找到其最佳位置之前就已经完成晶化.在急冷到500 K时,团簇中的原子在块体中扩散充分,与块体中的原子形成理想的面心立方结构.在700,900和1100 K三个较高的温度上,局域结构表现为随时间步波动性变化.     

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.     

熔融Cu55团簇在Cu(010)表面上凝固过程的分子动力学模拟

采用基于嵌入原子方法的分子动力学,模拟了熔融Cu55团簇在Cu衬底(010)表面上以两个不同降温速率降温过程中结构的变化.模拟结果表明,降温速率对团簇结构的变化有很大影响.较快的降温速率使得降温过程中团簇原子具有较低的能量;较慢的降温速率有助于高温时位于衬底内的原子向衬底表面扩散,排列形成面心立方结构.     

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.     

(CuAu3)n和(Cu3Au)n(n=1～15)团簇基态能量和结构的MOnte Carlo模拟研究

本文采用Monte Carlo方法和Gupta势函数对(CuAu3)n和(Cu3Au)n团簇的基态能量和结构进行了模拟研究,通过计算平均结合能、结合能的一阶差分和二阶差分,分析了团簇的稳定性.结果表明:(Cu3Au)n和(CuAu3)n团簇都为立体结构,都是以二十面体为基础形成的;(Cu3Au)n和(CuAu3)n团簇结构中金原子都有位于团簇表面的倾向;这两类团簇结构的区别在于:在(Cu3Au)n团簇中,铜一金原子混合程度高;而(CuAu3)n团簇中,形成金原子位于表层,铜原子位于中心的层状结构;且当n=3、5、7、9时,(Cu3Au)n和(CuAu3)n团簇在各自的序列中相对稳定性较邻近团簇高,特别是n=7的团簇,相对稳定性最高.     

Cu偏析诱导Co团簇结构及性质异常的动力学模拟

采用分子动力学结合镶嵌原子势方法,模拟研究了Cu原子分别分布于基体Co团簇内层和表面构成Cu-Co合金团簇的结构和热力学性质,研究表明,相同数目的 Cu原子掺杂到基体中因掺杂层的不同,会诱导内层Co团簇和外层Co团簇结构、能量及熔点表现出巨大差异;Cu原子在团簇各层掺杂位置的差异,会导致原子向低能态位置偏移,但相对移动后后续原子的补位,使团簇结构随温度呈相对无扩散度相变;Cu原子由内层向表面偏析是内层Co团簇与相同原子数比例的外层Co团簇熔点产生巨大差异的主要原因.     

小Cu团簇熔化过程中的预熔化行为

用分子动力学方法研究了不同大小的Cu原子团簇(Cu13,Cu38,Cu55)的熔化行为.发现对于小的团簇(Cu13),在接近熔化温度时,其内部存在着一种特殊的预熔化行为:内部原子的相对扭转,这种扭转使得Cu13团簇在保持基态结构不变的同时,其内部的原子又具有一定的流动性,对于较大的团簇(Cu38,Cu55)则不存在这种现象.     

MPb10(M=Ti,V,Cr,Cu,Pd)几何结构和磁性的密度泛函计算研究

采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)中的广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA)对MPb10(M=Ti,V,Cr,Cu,Pd)四种同分异构体的几何结构和磁性进行了计算研究.发现在四种同分异构体中,D4d结构的MPb10(M=Ti,V,Cr,Cu,Pd)具有最大的结合能和能隙,表明D4d结构为其基态几何结构, 具有较高的化学稳定性.磁性计算显示:基态TiPb10团簇的磁矩为2 μB,Ti原子与周围的Pb原子之间存在着弱的铁磁相互作用.基态VPb10团簇的总磁矩为1 μB,V原子与周围的Pb原子之间既存在着弱的铁磁相互作用又存在弱的反铁磁相互作用.基态CuPb10团簇的磁矩为1 μB,Cu原子与周围的Pb原子之间存在着弱的铁磁相互作用.基态CrPb10 和PdPb10团簇的磁矩为零,体现为非磁性.由此可见,可以通过内掺不同过渡金属对Pb10团簇的化学反应活性和磁性进行调制.     

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：     

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     

The structure of 55-atom Cu–Au bimetallic clusters: Monte Carlo study

We have investigated segregation phenomena in Cu–Au bimetallic clusters with decahedral structures at 100 K and 300 K, based on the second-moment approximation of the tight-binding (TB-SMA) potentials by using Monte Carlo method. The simulation results indicate that there are three regions (split, three-shell onion-like and core-shell region) at 100 K and two regions (split and core-shell) at 300 K with the structure of decahedral clusters, as the chemical potential difference Δμ changes. It is found that the structure of decahedral clusters undergoes a division into smaller clusters in the split region. In the core-shell structure, Au atoms are enriched in surface and Cu atoms occupy the core of the clusters because of the different surface energy of Cu and Au. The Au atoms are enriched in the surface shell, and the Cu atoms are in the middle shell, while a single Au atom is located in the center to form the three-shell onion-like structure. The structure and binding energy of smaller clusters after splitting are also discussed. The Au atoms generally lie on the surface of the smaller clusters after splitting.     

熔融Cu55团簇在Cu(010)表面上凝固过程的分子动力学模拟

采用基于嵌入原子方法的分子动力学,模拟了熔融Cu₅₅团簇在Cu衬底（010）表面上以两个不同降温速率降温过程中结构的变化.模拟结果表明,降温速率对团簇结构的变化有很大影响.较快的降温速率使得降温过程中团簇原子具有较低的能量;较慢的降温速率有助于高温时位于衬底内的原子向衬底表面扩散,排列形成面心立方结构. 关键词： 团簇 凝固 分子动力学 表面     

Cluster size and substrate temperature affecting thin film formation during copper cluster deposition on a Si （001） surface

The soft deposition of Cu clusters on a Si(001) surface was studied by molecular dynamics simulations.The embedded atom method,the Stillinger-Weber and the Lennar-Jones potentials were used to describe the interactions between the cluster atoms,between the substrate atoms,and between the cluster and the substrate atoms,respectively.The Cu13,Cu55,and Cu147 clusters were investigated at different substrate temperatures.We found that the substrate temperature had a significant effect on the Cu147 cluster.For smaller Cu13 and Cu55 clusters,the substrate temperature in the range of study appeared to have little effect on the mean center-of-mass height.The clusters showed better degrees of epitaxy at 800 K.With the same substrate temperature,the Cu55 cluster demonstrated the highest degree of epitaxy,followed by Cu147 and then Cu13 clusters.In addition,the Cu55 cluster showed the lowest mean center-of-mass height.These results suggested that the Cu55 cluster is a better choice for the thin-film formation among the clusters considered.Our studies may provide insight into the formation of desired Cu thin films on a Si substrate.