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

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5.76 eV,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。     

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.     

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     

CO在K/Cu(111)表面吸附的功函数变化

K覆盖的Cu(111)表面在室温下可吸附CO(可能是分解吸附),在K的覆盖度θ_K明显小于θ_min(θ_min≈0.18)的范围内,室温下CO的吸附使表面功函数增大。当θ_K≥θ_min时,表面功函数先减小,达一极小值后再随CO暴露量增大。这一结果可以用凝胶一平板(Jellium-slab)模型的图象很好地解释。 关键词：     

tetracene 分子在Ru(1010)表面的吸附结构及其电子态研究

利用紫外光电子能谱(UPS)、角分辨紫外光电子能谱(ARUPS)和扫描隧道显微镜(STM)等方法研究了tetracene分子在Ru(1010)表面上吸附的电子态，吸附位置和吸附取向.UPS实验显示，与tetracene分子有关的光电子谱峰在费米能级以下2.1, 3.5, 4.8, 6.0, 7.1和9.2 eV处；ARUPS 结果表明，tetracene分子的分子平面基本平行于衬底表面；从STM图像中可以看到tetracene分子的长轴沿［0001］和［1210］两个晶向.基于密度泛函理论的从头算计算证实了上述结论.当分子长轴沿［0001］晶向时，分子中心位置在衬底表面的“短桥位”上，当分子长轴沿［1210］晶向时，分子中心位置在衬底表面的“四原子中心空位”上. 关键词： tetracene分子 Ru(1010)表面 吸附结构 吸附电子态     

tetracene分子在Ru(100)表面的吸附结构及其电子态研究

利用紫外光电子能谱(UPS)、角分辨紫外光电子能谱(ARUPS)和扫描隧道显微镜(STM)等方法研究了tetracene分子在Ru(100)表面上吸附的电子态,吸附位置和吸附取向.UPS实验显示,与tetracene分子有关的光电子谱峰在费米能级以下2.1,3.5,4.8,6.0,7.1和9.2eV处;ARUPS结果表明,tetracene分子的分子平面基本平行于衬底表面;从STM图像中可以看到tetracene分子的长轴沿[0001]和[1■10]两个晶向.基于密度泛函理论的从头算计算证实了上述结论.当分子长轴沿[0001]晶向时,分子中心位置在衬底表面的“短桥位”上,当分子长轴沿[1210]晶向时,分子中心位置在衬底表面的“四原子中心空位”上.     

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).     

ZnTe(110)表面电子态及其弛豫对表面电子态的影响

给出了Ⅱ-Ⅵ族半导体化合物ZnTe(110)表面电子特性的理论研究.考虑最近邻的sp³s模型描述体态电子结构，使用散射理论方法，给出了理想和弛豫ZnTe(110)表面的波矢分辨的电子态密度和表面投影带结构.结果表明：弛豫的ZnTe(110)表面在带隙中没有表面态存在.在价带中的表面态及表面共振态和其他弛豫的Ⅲ-Ⅴ族及Ⅱ-Ⅵ族半导体的(110)表面具有相似的特征.与实验结果及第一性原理的自洽赝势计算结果相比，计算的结果符合得很好. 关键词：     

K/Cu(111)表面功函数的变化

本工作用俄歇电子能谱(AES)测定K在Cu(111)表面上的覆盖度,用Kelvin探头测量表面功函数的变化,得出功函数依赖于K覆盖度的关系曲线,功函数最大变化值△φ_max=3.14eV,功函数最小时的覆盖度θ_min=0.18,初始偶极矩p(0)=7.0Debye,实验结果与武汝前等人的理论模型相一致。 关键词：     

甘氨酸在Cu(001)表面的吸附结构

结合低能电子衍射(LEED)及其消失斑点规律和扫描隧道显微镜(STM)手段确定了室温下甘氨酸在Cu(001)表面能形成c(2×4)和两种(2×4)吸附结构((2×4)₁和(2×4)₂),并推断出在两种(2×4)结构单胞中两甘氨酸分子的羧基相对于衬底的吸附取向一致,而它们的氨基则不同.实验中还观察到c(2×4)与(2×4)₂结构能相互转变成窄条相互穿插共存,这说明几种吸附结构能量相近. 关键词：     

局域功函数图像及其在Cu(111)-Au/Pd表面的应用

用扫描隧道显微镜（STM）对Cu(111)-Au和Cu(111)-Pd表面的局域功函数进行了研究.通过 测量隧道电流对针尖样品间距的响应，得到了与STM形貌图一一对应的表面局域功函数图像. 实验发现，Au/Pd覆盖层和Cu衬底间的功函数有明显的不同.Pd薄膜的功函数甚至超过了其体 本征值，且功函数在台阶处变小.用偶极子的形成解释了台阶处功函数的降低.这一工作表明 ，用测量局域功函数的方法容易区分表面上不同的元素，并具有纳米尺度的空间分辨率. 关键词： 扫描隧道显微镜 局域功函数 台阶     

Comparative study of adsorption characteristics of Cs on the GaN （0001） and GaN （0001） surfaces

The adsorption characteristics of Cs on GaN （0001） and GaN （0001） surfaces with a coverage from 1/4 to 1 monolayer have been investigated using the density functional theory with a plane-wave uttrasoft pseudopotential method based on first-principles calculations. The results show that the most stable position of the Cs adatom on the GaN （0001） surface is at the N-bridge site for 1/4 monolayer coverage. As the coverage of Cs atoms at the N-bridge site is increased, the adsorption energy reduces. As the Cs atoms achieve saturation, the adsorption is no longer stable when the coverage is 3/4 monolayer. The work function achieves its minimum value when the Cs adatom coverage is 2/4 monolayer, and then rises with Cs atomic coverage. The most stable position of Cs adatoms on the GaN （000i） surface is at H3 site for 1/4 monolayer coverage. As the Cs atomic coverage at H3 site is increased, the adsorption energy reduces, and the adsorption is still stable when the Cs adatom coverage is 1 monolayer. The work function reduces persistently, and does not rise with the increase of Cs coverage.     

Ar adsorptions on Al (111) and Ir (111) surfaces: a first-principles study

We investigate the adsorptions of Ar on Al (111) and Ir (111) surfaces at the four high symmetry sites, i.e., top, bridge, fcc- and hcp-hollow sites at the coverage of 0.25 monolayer (ML) using the density functional theory within the generalized gradient approximation of Perdew, Burke and Ernzerhof functions. The geometric structures, the binding energies, the electronic properties of argon atoms adsorbed on Al (111) and Ir (111) surfaces, the difference in electron density between on the Al (111) surface and on the Ir (111) surface and the total density of states are calculated. Our studies indicate that the most stable adsorption site of Ar on the Al (111) surface is found to be the fcc-hollow site for the (2 × 2) structure. The corresponding binding energy of an argon atom at this site is 0.538 eV/Ar atom at a coverage of 0.25 ML. For the Ar adsorption on Ir (111) surface at the same coverage, the most favourable site is the hcp-hollow site, with a corresponding binding energy of 0.493 eV. The total density of states (TDOS) is analysed for Ar adsorption on Al (111) surface and it is concluded that the adsorption behaviour is dominated by the interaction between 3s, 3p orbits of Ar atom and the 3p orbit of the base Al metal and the formation of sp hybrid orbital. For Ar adsorption on Ir (111) surface, the conclusion is that the main interaction in the process of Ar adsorption on Ir (111) surface comes from the 3s and 3p orbits of argon atom and 5d orbit of Ir atom.     

Bromine adsorption on Cu(111)

The dissociative chemisorption of molecular bromine on Cu(111) at 300 K has been studied using ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS), Auger electron spectroscopy (AES), low energy electron diffraction (LEED) and work function change measurements. A (√3 × √3)R30° structure is formed initially at a bromine coverage of 0.33 ML. This then converts to a (9√3 × 9√3)R30° compression structure with a coverage of 0.41 ML. The coincidence distance of the compression structure is determined entirely by the van der Waals diameter of adsorbed bromine. The applicability of using the van der Waals diameters of the three halogens, Cl, Br and I, to predict the saturation compression structures on Cu(111), is discussed.     

表面键合对硅(111)量子面电子结构的影响

将纳米硅薄膜看成理想的一维限制的量子面结构,通过第一性原理计算研究了不同厚度的硅(111)量子面的能带结构及态密度。随着量子面厚度的变化,在Si—H键钝化较好的量子面结构上,其带隙宽度变化主要遵循量子限制效应规律。当在表面掺杂时,模拟计算表面含Si—N键的硅(111)量子面的结果表明:在一定厚度范围内,带隙宽度主要由量子限制效应决定;超过这个厚度,带隙宽度同时受量子限制效应和表面键合结构的影响。保持量子面厚度不变,表面掺杂浓度越大则带隙变窄效应越明显。同样,模拟计算含Si—Yb键的硅(111)量子面的结果也有同样的效应。几乎所有的模拟计算结果都显示:量子面的能带结构均呈现出准直接带隙特征。     

氯离子吸附单层对Au(111)电极表面应力的贡献

以Cl-为例 ,应用格子气模型 ,建立了阴离子吸附层对Au(111)表面应力贡献的统计热力学理论 ,计算了吸附层Cl-离子间相互作用能、表面应力贡献和二维体积弹性模量 .计算结果表明 ,Cl-吸附层对表面应力贡献的大小 ,与实验值相近 ;在Cl-低覆盖度时 ,经验包括ClO4 -贡献 ,计算了表面应力变化 电荷密度曲线 ,近似呈线性关系 ;对于Cl-/Au(111)体系 ,表面应力与表面张力之差与表面应力同量级 ,两者差别不可忽略 .较好地解释了有关的实验事实 .     

用角分辨光电子能谱研究Co/Cu(111)外延超薄膜的电子结构

利用同步辐射角分辨光电子能谱研究了分子束外延生长的Co/Cu(111)超薄膜电子结构的变化.Cu(111)的位于表面布里渊区Γ点的表面态在覆盖度为两单层时仍然可以分辨,说明薄膜生长模式不是二维层状生长.在一单层和二单层时,动量沿Cu体布里渊区ΓΛL方向变化,Co的最明显的峰包有能量色散.在覆盖度从一单层到两单层的变化过程中,固定光子能量测谱发现Co的能带的能量调整.实验测得的Co膜的电子结构与已有理论计算的结果对比,初步确定Co原子在生长初期阶段为两层岛生长,而且在一单层时已经具有铁磁性.     

Electronic structure of the Cu(111) surface

Self-consistent electronic structure calculations are reported on bulk Cu, and 3- and 5-layer Cu films. These yield a size insensitive work function, φ = 5.0±.1 eV, and a surface energy of 0.75 eV, in agreement with experiment. Good size convergence of the film potential permits the construction of a self-consistent potential for an 11-layer Cu(111) film, whose spectral properties we studied. A prominent p-like surface band was found within 0.1 eV of experiment, serving as a check on the surface potential.     

Effect of oxygen vacancy on Cu(111)/ZnO interface

ABSTRACT

Using the first-principles calculation, we explore the interfacial characteristics of ZnO monolayer on the Cu(111) surface with and without oxygen vacancy. It is found that electrons transfer from the Cu substrate towards the ZnO monolayer and the different position of O atoms relative to the Cu surface determine the interfacial interaction and then turn a flat graphitic ZnO monolayer into an asymmetrical dumpling structure. The oxygen vacancy is not only the result of substrate stabilisation effect but also strengthen the interfacial interaction to make charge transfer mechanism and dumpling effect dominant to the compression effect, thus resulting in an overall increase of Cu work function and the decreasing of potential step.