Si(111)7×7结构模型的稳定性研究

本文基于有相互作用的结构件的概念,对Si(111)7×7结构模型的稳定性进行研究。利用紧束缚法,计算了各种结构件的形成能及其相互作用能。由这些结构件可灵活地构成各种大单胞的表面结构并对其进行总能计算,而避免了大工作量的计算。对Si(111)5×5和7×7DAS模型,我们得到其表面能分别为-0.467eV和-0.477eV,与Qian和Chadi的结果很接近。并指出,Harrison提出的7×7吸附原子模型和Binnig等人提出的7×7吸附原子-空位模型都是不稳定的。     

Al(111)表面单个Al原子的操纵── W针尖与Al原子的相互作用

为了较清楚地阐明扫描隧道显微镜针尖在样品表面原子操纵中的具体作用，根据第一性原理的离散变分理论计算，采用“团簇模型”研究了在无外加电场下，W针尖与样品Al(111)表面Al原子的相互作用．结果表明：随着W针尖与样品表面接近到一定程度（针尖与样品表面的距离S≤10a.u.(0.53nm))时，由于针尖原子与样品表面原子的相互作用，使位于针尖正下方的表面Al原子在脱离表面时感受到一稳定的势阱，即在无外场的情况下，当W针尖与样品Al(111)表面接近到一定程度时，由于针尖的吸引作用，将使针尖正下方的Al原子自动离开样品表面而移向W针尖，实现Al(111)表面单个Al原子的操纵． 关键词：     

用低能电子衍射研究Si(111)7×7表面的原子结构

本文提出了一个由低能电子衍射能带理论计算所确定的Si(111)7×7表面的不等边三角形聚合与添加原子模型。发现:第一层空间距d_k=0.95±0.02?(膨胀21.3%±0.02?),第二层空间距d_l=0.83±0.02?(膨胀5.9%±0.02?),第三层空间距d_l=0.69±0.05?(收缩10.9%±0.08?)和第四层空间距d_b=2.38±0.08?(膨胀3.8%±0.08?)。     

表面偶极子对扫描电子显微镜共振电子注入的影响

用共振电子注入法和第一性原理计算研究了硒(Se)单原子在Si(111)-7×7表面的吸附. 理论结果表明由于不同的电负性,表面Si原子会向吸附的Se原子发生电子转移,从而导致一个0.61 eV的表面偶极子形成. 该表面偶极子改变了Si表面的有效隧道能垒同时导致在样品和扫描电子显微镜针尖之间真空间隙中共振态能级的移动. 并且0.61 eV的表面偶极子会引起共振电子注入偏压向高电位移动0.45 V.     

Mo(CO)6在清洁的和氧化的Si(111)表面上吸附的对比

采用高分辨电子能量损失谱对比研究Mo(CO)₆在清洁的、预吸附氧的和深度氧化的Si(111)表面上的吸附行为. 吸附Mo(CO)₆的C-O伸缩振动模式向低频方向移动,说明Mo(CO)₆与清洁Si(111)和SiO₂/Si(111)表面发生了不同的相互作用,前者较弱而后者较强. 与SiO₂/Si(111)表面的强相互作用可能引起Mo(CO)₆部分解离,形成部分分解的羰基钼物种.     

STM针尖和外电场在Si（111）—7＊7表面单原子操纵中的作用

利用第一性原理的离散变分局域密度泛函方法,采用团簇模型（Ｓｉ３４Ｈ３６－Ｗ１１）来模拟ＳＴＭ操纵（Ｓｉ１１１）－７＊７表面顶角吸附原子的过程,通过分析在进行原子操纵过程中体系的能量与电子云密度分布来研究针尖和外电场的作用。     

重离子背散射——测量表面与近表面痕量元素的一种新方法

本文报道了用重离子背散射探测表面、近表面微量重元素的新方法。通过选择入射离子种类,使入射离子原子量M₁等于或略大于基体原子量M₂,利用弹性散射运动学实现自动排除探测系统的脉冲堆积现象。实验结果表明利用能量为3MeVSi离子背散射,测量基体Si中注As的灵敏度优于2×10¹²原子/cm²;对基体Si表面的杂质元素Au,探测灵敏度高达2.2×10⁹原子/cm²。     

一个新的Si{001}2×1表面原子结构模型

本文提出了一个由低能电子衍射能带理论计算所确定的Si{001}2×1表面新的原子结构模型。新结构模型包括二聚键长l_d=2.387?,表面三个原子层间距d₁=0.50±0.01?,d₂=0.96±0.01?,d₃=1.17±0.01?和二聚原子的两个反对称移动。     

NH3在Ni/Pt(111)和Ni/WC(001)表面上分解的第一性原理研究

采用密度泛函理论和slab模型,研究NH₃在Ni单原子层覆盖的Pt（111）和WC（001）表面上的物理与化学行为,计算了Ni单原子覆盖表面的电子结构以及NH₃的吸附与分解.表面覆盖的单原子层中,Ni原子的性质与Ni（111）面上的Ni原子明显不同.与Ni（111）相比,Ni/Pt（111）和Ni/WC（001）表面上Ni原子dz²轨道上的电子更多地转移到了其它位置,该轨道上电荷密度降低有利于NH₃吸附.在Ni/Pt（111）和Ni/WC（001）面上NH₃吸附能均大于Ni（111）,NH₃分子第一个N-H键断裂的活化能则明显比Ni（111）面上低,有利于NH₃的分解,吸附能增大使NH₃在Ni/Pt（111）和Ni/WC（001）面上更倾向于分解,而不是脱附.N₂分子的生成是NH₃分解的速控步骤,该反应能垒较高,说明N₂分子只有在较高温度下才能生成.WC与Pt性质相似,但Ni/Pt（111）和Ni/WC（001）的电子结构还是有差异的,与Ni（111）表面相比,NH₃在Ni/Pt（111）表面上分解速控步骤的能垒降低,而在Ni/WC（001）上却升高.要获得活性好且便宜的催化剂,需要对Ni/WC（001）表面做进一步改进,降低N₂分子生成步骤的活化能.     

高能Pb离子辐照注碳SiO2的红外谱研究

室温下，先用120keV的C离子注入二氧化硅薄膜样品至剂量2.0×1017、5.0×1017或8.6×1017ions/cm2，再用950MeV的Pb离子分别辐照至剂量5.0×1011、1.0×1012或3.8×1012 ions/cm2，然后测量样品的傅里叶变换红外(FTIR)光谱. 通过分析测量得到的傅里叶变换红外谱，发现Pb离子辐照在注碳SiO₂样品中可引起大量的Si－C和Si (C)－O－C等化学键的形成，大剂量Pb离子辐照可在大剂量注碳的SiO₂中产生分子CO₂. 大量的Si－C键的存在和分子CO₂的形成，预示着高能Pb离子辐照在注碳SiO₂样品中有可能形成了纳米Si团簇和/或SiC晶粒.     

低温下水汽在Si(111)7×7表面上的化学吸附

用ELS和XPS研究了低温下水汽在Si(111)7×7表面上的化学吸附及其随退火温度的变化。150K低温下水以解离形式吸附在Si(111)7×7表面。     

甲醇分子在金红石TiO2(110)和锐钛矿TiO2(001)表面吸附和反应的活性位点

通过高分辨的扫描隧道显微术研究并比较了金红石型TiO₂(110)-(1×1)和锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)两种表面的活性位点． 在金红石型TiO₂(110)-(1×1)表面, 观察到氧空位缺陷是O₂和CO₂分子的活性吸附位点,而五配位的Ti原子是水分子和甲醇分子的光催化反应活性位点．在锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面,观察到完全氧化的表面,Ti原子更可能是六配位的,H₂O和O₂分子均不易在这些Ti原子上吸附．经还原后表面出现富Ti的缺陷位点, 这些缺陷位点对H₂O和O₂分子表现出明显的活性． 锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面的吸附和反应活性并不具有很高的活性,某种程度上其表现出的活性似乎低于金红石型TiO₂(110)-(1×1)表面．     

利用交流阻抗谱揭示Ir(111)电极在酸性溶液中的氢吸附动力学

本文利用阻抗谱研究Ir(111)电极在HClO₄和H₂SO₄中溶液中的氢吸附行为. 在HClO₄溶液中,随着施加电位从0.2 V降到0.1 V(vs RHE),Ir(111)电极上氢吸附速率从1.74×10^-8 mol·cm^-2·s^-1增大到 3.47×10^-7 mol·cm^-2·s^-1 . 与相同条件下Pt(111)电极上的氢吸附速率相比,Ir(111)上的氢吸附速率要小1∽2个数量级,这是由于Ir(111)电极与H₂O结合能力更强,因此位于水合氢键网络中的氢离子需要克服更高的能垒才能重新定向进而发生欠电位沉积. 在H₂SO₄溶液中,氢吸附电位负移了200 mV,吸附速率也下降了一个数量级,这是由于Ir(111)电极表面强吸附的硫酸根/硫酸氢根物种的阻碍作用. 结果表明,在电化学环境下,位于电极表面附近的水分子的取代和重新定向在很大程度上影响了氢吸附过程.     

扫描隧道显微镜分辨能力的研究:对Si(111)-(7×7)表面的观察

用超高真空扫描隧道显微镜首次同时清晰地分辨出Si(111) (7×7)表面每个元胞中的 12个顶戴原子和 6个静止原子,这 6个静止原子的亮度与无层错半元胞内中心顶戴原子的亮度基本相同. 第一性原理计算图像和STM实验结果完全符合,针尖的尺度小于 7 时,可以完全同时分辨出Si(111) (7×7)表面的静止原子.     

利用扫描隧道显微镜在溶液中直接观测过渡族金属硫属化合物

本文利用自制的溶液扫描隧道显微镜在溶液环境下直接观测到TiSe₂、MoTe₂和TaS₂样品的原子分辨率图像. 通过将单晶样品在溶液中直接解理,可以保护解理过的新鲜样品表面在几个小时内不会被严重污染. 利用自行搭建的溶液扫描隧道显微镜,首先观察到了TiSe₂活泼样品的原子分辨率图像,并观察到了TiSe₂表面所特有的点缺陷和三角形缺陷结构. 此外,还观察到了MoTe₂的原子分辨率超结构和TaS₂表面的电荷密度波结构. 结果表明：在室温、溶液环境下能更高效的研究过渡族金属硫属化合物等活泼样品的表面电子态结构,同样适用于溶液环境下的电催化和电化学研究.     

扫描隧道显微镜分辨能力的研究：对Si(111)-(7×7)表面的观察

用超高真空扫描隧道显微镜首次同时清晰地分辨出Si(111)-(7×7) 表面每个元胞中的12个顶戴原子和6个静止原子,这6个静止原子的亮度与无层错半元胞内中心顶戴原子的亮度基本相同. 第一性原理计算图像和STM实验结果完全符合,针尖的尺度小于7时,可以完全同时分辨出Si(111)-(7×7)表面的静止原子.     

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).     

CO和O2分子与TiO2(110)表面负载Pt单原子的相互作用

Pt单原子在低温CO氧化反应中具有很高的催化活性. 利用扫描隧道显微术与密度泛函理论,研究了Pt单原子在还原性TiO₂(110)表面的吸附行为及其与CO和O₂分子的相互作用. 研究发现在80 K低温下,TiO₂表面的氧空位缺陷是Pt单原子的最优吸附位. 将CO和O₂分子分别通入Pt单原子吸附后的TiO₂表面,研究相应的吸附构型. 实验表明在低覆盖度下,单个Pt原子会俘获一个CO分子,CO分子同时与表面次近邻的五配位Ti原子(Ti_5c)成键,进而形成非对称的Pt-CO 复合物构型. 将样品从80 K升温到100 K后,TiO₂表面的CO分子会迁移到Pt-CO处形成Pt-(CO)₂的复合结构. 对于O₂分子,单个Pt原子同样会吸附一个O₂分子,O₂分子也会与最近邻或次近邻的Ti_5c原子成键形成两种Pt-O₂构型. 这些结果在单分子尺度上揭示了CO和O₂与Pt单原子的相互作用,呈现了CO与O₂反应中的初始状态.     

超高真空原子尺度Aux/Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布测量

原子尺度表面吸附Au原子的物理化学性质对研究纳米器件的制备以及表面催化等起着非常重要的作用.利用调频开尔文探针力显微镜研究了室温下Au在Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布的特性.首先,利用自制超高真空开尔文探针力显微镜成功得到了原子尺度Au在Si(111)-(7×7)不同吸附位的表面形貌与局域接触电势差(LCPD);其次,通过原子间力谱与电势差分析了Au/Si(111)-(7×7)特定原子位置的原子特性,实现了原子识别;并通过结合差分电荷密度计算解释了Au/Si(111)-(7×7)表面间电荷转移与Au的吸附特性.结果显示,Au原子吸附有单原子和团簇形式.其中,Au团簇以6个原子为一组呈六边形结构吸附于Si(111)-(7×7)的层错半单胞内的3个中心原子位;单个Au原子吸附于非层错半单胞的中心顶戴原子位;同时通过电势差测量得知单个Au原子和Au团簇失去电子呈正电特性.表面差分电荷密度结果显示金在吸附过程中发生电荷转移,失去部分电荷,使得吸附原子位置上的功函数局部减少.在短程力、局域接触势能差和差分电荷密度发生变化的距离范围内,获得了理论和实验之间的合理一致性.     

激光应用 其他应用

TN249 2005031798 激光对吸附在Si(111)7×7和Si(100)2×1表面上的C60 的不同作用=Different effects of laser on C60 adsorbed on the Si(111)7×7 andSi(100)2×1 surfaces[刊,中]／赵风周 (中国科学技术大学结构分析中心,合肥微尺度物质科学 国家实验室．安徽,合肥(230026)),崔雪峰…∥电子显微 学报．-2005,24(1)．-6-10 利用超高真空扫描隧道显微镜(UHV STM),在室温 下研究沉积了约0．005的C60分子的Si(111)7×7和Si (100)2×1再构表面在波长为266nm的激光束轰击前后