Al(111)/Al_3Li(111)的界面性质

运用基于第一性原理的平面波贋势法,计算研究了Al (111)/Al_3Li (111)的界面性质.结果表明:Al (111)/Al_3Li (111)的界面具有三种原子配位关系结构,其中界面处仍保持与基体Al一致的三明治堆垛构型的界面稳定性最好.计算表明,该结构界面最薄弱层,位于Al_3Li (111)内,其分离功最小(约1.53 J/m~2),强度最弱,而基体Al和Al_3Li内部的强度随着到界面距离的增大而逐渐增强.     

第一性原理研究3C-SiC/Mg复合材料界面的电子结构

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法对4种3C-SiC(111)/Mg(0001)界面模型进行研究.界面间距和粘附功的计算表明,结构优化之后的界面模型只在z轴方向发生了移动,界面间距发生了不同程度的缩短;中心型模型的稳定性强于顶位型模型,C终端结构的稳定性强于Si终端结构,中心型C终端的界面模型具有最大的粘附功(2.5834 J/m~2)和最小的界面间距(1.7193?),是4种模型中最稳定的结构. Mulliken电荷、电荷密度分布、差分电荷密度和态密度的计算表明,中心性结构的Si终端和C终端模型界面处存在共价键、离子键和金属键.     

氧化铝与Al(100)基体间界面原子结构研究

本文介绍了用MeV离子散射和沟道效应研究单晶铝表面无定型氧化层与基体之间界面原子结构的方法。报道了Al_2O_3/Al(100)界面原子结构的实验结果。实验表明,在纯氧气氛围中400℃下生成的氧化铝膜,铝和氧原子浓度比例严格为2与3之比;Al_2O_3膜和Al(100)基体之间的界面极其陡峭,氧化铝膜下Al(100)基体表面的再构层不大于一个原子层。由实验测量与用Monte Carlo方法计算结果比较,得到再构层原子离开原来晶格位置距离为0.18埃。室温下,Al(100)氧吸附层的元素成份在氧原子覆盖度较低时主要为AlO。     

Pt25Rh/TaC界面特性的第一性原理研究

铂铑(PtRh)合金具有优良的高温力学性能,是目前最具潜力的航天发动机推力器喷管材料之一.研究表明,进一步提升PtRh合金的高温性能,能有效延长航天飞行器的服役寿命.本研究利用第一性原理、Materials Studio软件,研究了Ta C热障涂层与Pt25Rh高温合金的界面特性和结合机制.结果表明,Ta C的热膨胀系数与Pt25Rh较为接近,比同类热障涂层具有更优的界面匹配性和结合力,既可作为单独的防护层使用,也可作为粘结层使用.此外,由于Ta-C,Pt-C和Rh-C键的电荷转移能力均强于Ta-Pt和Ta-Rh键,Ta C与Pt25Rh合金的最稳定结合位置为孔位的Pt25Rh (111)/Ta C (111)_C,其界面粘附功为6.202 J/m².本研究可为PtRh合金的热防护提供借鉴.     

基于第一性原理的Si/SiC、Al/SiC界面成键特性和结合强度对比研究

采用半固态搅拌铸造法制备Al Si7-Si C复合材料,并利用真空压铸工艺实现了其近净成形,结合第一性原理计算方法研究了共晶Si对Si C颗粒和基体界面结合强度的影响.结果显示,在Al Si7-Si C复合材料中,发现较为严重的共晶Si偏析现象,当Si C颗粒同时处于共晶Si和α-Al边界时,形成了少量的共晶Si夹杂、被大量共晶Si包裹、完全被共晶Si包裹三种典型的界面.第一性原理计算结果显示,在C端和Si端的Si/Si C界面中,弛豫后top Si¹配位方式具有最大的粘附功,与Al/Si C界面相比,Si/Si C界面具有更高的结合强度.Si偏析相提高了界面处的电荷密度,因而具有更好的界面结构稳定性.     

金刚石(111)/Al界面形成及性能的第一性原理研究

针对金刚石/Al界面的形成和性能,采用第一性原理计算方法,研究了Al原子在H终止金刚石表面的吸附及其迁移行为,以及金刚石/Al界面的结构与黏附功.结果表明:Al原子吸附对金刚石原子表面结构不敏感,且表面迁移激活能非常小,其原因是Al与H原子间没有形成化学键,仅有少量电荷转移,为物理吸附;由吸附位置生长而形成的金刚石/Al界面为亚稳结构,不具有能量稳定性.本文结果为理解金属纳米掩膜的形成机理提供重要的理论参考.     

Al原子在Ni基衬底表面的扩散及团簇的形成

Ni Al纳米颗粒具有较高的能量密度和良好的高温力学性能,铝吸附原子在不同镍基表面上的扩散行为与不同扩散机制对铝在镍基表面沉积生长的影响有待进一步阐明.本文通过采用肘弹性带和分子动力学结合嵌入原子势的方法,系统地研究了单个铝吸附原子在镍基表面的扩散行为和纳米颗粒团簇在十面体(DEC)、立方八面体(CUB)和二十面体(ICO)结构上的生长.研究结果表明:Al吸附原子在三种Ni基底上表面扩散的交换与跳跃两种机制,最低的Ehrlich-Schwoebel(ES)势垒为0.38 e V (交换CUB{111}→100})、0.52 e V (交换DEC{111}→100})和0.52 e V (跳跃ICO{111}→111}),从{111}面扩散到{100}面主要以交换机制为主,而相邻两个{111}面之间的扩散则以跳跃机制为主.沉积的铝原子首先倾向于扩散到台阶边缘和顶点附近.随着Al原子数量的增加,沉积的Al原子开始聚集.对于Ni团簇上的Al原子,在较低温度下在镍基底表面沉积Al原子,可以获得良好的Ni核/Al壳结构.对于二十面体结构基底,其对应的核壳团簇的缺陷数最小,随后为十面体结构和八面体结构.随着生长温度的增加Ni Al纳米粒子的表面逐渐开始合金化.     

合金元素对Ag/Al界面性质影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算和分析Ag(111)/Al(111)界面体系的能量与电子结构,讨论Ag中加入的Be、Mg、Al、Ca、Ni、Sn合金化元素对Ag/Al界面性质的影响.结果表明:Ni原子倾向于界面处的取代位置,而Be、Mg原子倾向于靠近界面处的取代位置,Al、Ca、Sn原子倾向于远离界面处的取代位置;合金元素Be、Mg、Al、Ca、Ni、Sn的加入均会使Ag/Al界面的稳定性降低,其中Ca元素的影响程度最大,分离功降低到0.923 J/m~2,界面能增至0.703 J/m~2;通过电子结构计算结果分析认为,导致界面稳定性下降的主要原因应是合金化元素的加入使界面间形成的Ag-Al共价键强度降低引起.     

Rh超薄膜在Mo(111)及W(111)上引起{110}小面再构的可能性

用第一性原理总能计算方法,计算了Mo和W表面吸附金属Rh薄膜前后[111],[110]方向的表面能.计算结果表明,清洁Mo和W的（111）面不会发生{111}小面再构,与实验观察一致,当Rh的覆盖厚度达到一物理单层后,Rh/Mo（111）仍不会形成{110}小面;面Rh/W（111）满足小面再构到{110}的热力学条件,在一定条件下可能形成{110}小面. 关键词：     

bcc Fe中刃型位错的结构及能量学研究

基于位错理论，利用分子动力学方法建立了〈100〉{010}，〈100〉{011}，1/2〈111〉{011}和1/2〈111〉{112}刃型位错的芯结构，并计算了这四种刃型位错的形成能、位错芯能量和芯半径.计算结果表明：〈100〉{010}和〈100〉{011}刃型位错的形成能比1/2〈111〉{011}和1/2〈111〉{112}刃型位错的要高，这表明〈100〉刃型位错比1/2〈111〉刃型位错更难形成.而〈100〉{010}和〈100〉{011}刃型位错的芯半径比1/2〈111〉{011}和1/2〈111〉{112}刃型位错的小，这说明在1/2〈111〉刃型位错中位于奇异区的原子数多于〈100〉刃型位错，而这些原子要比完整晶体中的原子具有更大的活性.可见，1/2〈111〉刃型位错比〈100〉刃型位错更易运动，且〈100〉刃型位错在bcc Fe中难以形成. 关键词： bcc Fe 刃型位错 分子动力学模拟     

Si衬底上异质外延金刚石的初始阶段原子H的作用及其界面结构

用高分辨率电子能量损失谱方法研究了原子H与被C₂H₂吸附的Si(100)界面的相互作用.结果显示,在Si(100)界面上,Si—Si二聚化键和C₂H₂中的C—C键被H原子打开,它们分别形成Si—H,C—H键.用AM1量子化学方法,计算了C₂H₂和C₂H₄在Si(100)上的吸附结构,指出了C₂H_{2关键词：}     

氧化铝与Al(100)基体间界面原子结构研究

本文介绍了用MeV离子散射和沟道效应研究单晶铝表面无定型氧化层与基体之间界面原子结构的方法。报道了Al₂O₃/Al(100)界面原子结构的实验结果。实验表明,在纯氧气氛围中400℃下生成的氧化铝膜,铝和氧原子浓度比例严格为2与3之比;Al₂O₃膜和Al(100)基体之间的界面极其陡峭,氧化铝膜下Al(100)基体表面的再构层不大于一个原子层。由实验测量与用Monte Carlo方法计算结果比较,得到再构层原子离开原来晶 关键词：     

Al_nC_4~(-/0)(n=2～4)团簇的结构和成键性质:光电子能谱和理论计算（英文）

本文采用尺寸选择的负离子光电子能谱与高精度理论计算,对Al_nC_4~(-/0)(n=2～4)团簇的结构和成键性质进行了研究.Al_2C_4~-团簇负离子的最稳定结构是一个C_(2v)对称的平面结构,其中两个C_2单元与两个铝原子分别相连.Al_2C_4~-团簇负离子的次稳定结构是一个线型结构,两个铝原子位于C_4线型结构两端,能量仅比最稳定结构高0.05 eV.中性Al_2C_4团簇是一个线型结构.Al_3C_4~-团簇负离子是一个平面结构,其中三个铝原子分别与两个C_2单元相连.而中性Al_3C_4团簇则是一个V字型结构.Al_4C_4~-团簇负离子和中性Al_4C_4团簇均为C_(2h)对称的平面结构,四个铝原子分别位于两个C_2单元的末端.Al_nC_4~(-/0)(n=2～4)团簇负离子的自适应自然密度配分的分析结果表明这些团簇中铝原子与C_2单元之间的化学键具有σ和π键特征.     

ZA27/CNT界面特性电子理论研究

依据原子结合能定义了界面结合能. 采用递归法计算了纳米管增强锌铝基复合材料中ZA27/CNT界面电子结构，揭示了纳米管在ZA27合金晶界分布的微观物理本质，及其ZA27/CNT弱界面结合的电子层面的原因. 研究发现：金属基体对纳米管增强相上的碳原子态密度影响很大，而纳米管对基体金属中的铝、锌原子影响很小. 碳原子态密度与基体金属原子趋于同化，使纳米管与基体金属结合，但因同化程度不高导致界面结合较弱，影响强化效果. 如果在纳米管装饰或镀上与基体金属性质相近的原子层，会极大改善复合材料的界面结合强度，提高复合材料性能. 关键词： 复合材料 纳米管 电子结构 界面     

氧化铝与Al（100）基体间界面原子结构研究

本文介绍了用M e v 离子散射和沟道效应研究单晶铝表面无定型氧化层与基体之间界面原子结构的方法, 报道了AI_2_O_3_/ Al ( 1 0 0) 界面原子结构的实验结果.实验表明, 在纯氧气氛围中400 ℃ 下生成的氧化铝膜, 铝和氧原子浓度比例严格为2 与3 之比;AI_2_O_3_ 膜和Al (100)基体之间的界面极其陡峭, 氧化铝膜下Al (1 0 0 ) 基体表面的再构层不大于一个原子层. 由实验测量与用Monte corlo 方法计算结果比较, 得到再构层原子离开原来晶格位置距离为0.18埃. 室温下,Al ( 1 0 0 ) 氧吸附层的元素成份在氧原子覆盖度较低时主要为AlO. 关键词：     

Vortex domain structures and dc currentdependence of magneto-resistances in magnetic tunnel junctions

Microfabrication and the magneto-transport characteristics of the magnetic tunnel junctions (MTJs) with a spin-valve-type structure of Ta (5nm)/Ni_{79}Fe_{21} (25nm)/Ir_{22}Mn_{78} (12nm)/Co_{75}Fe_{25} (4nm)/Al(0.8nm) oxide/Co_{75}Fe_{25} (4nm)/Ni_{79}Fe_{21} (20nm)/Ta(5nm) were investigated in this paper. A series of experimental data measured with a MTJ was used to verify a magnon-assisted tunnelling model and theory. Furthermore, a micromagnetics simulation shows that the butterfly-like vortex domain structures can be formed under a current-induced Oersted field, which decreases the net magnetization values of the ferromagnetic electrodes under a large dc current (i.e., in high voltage regimes). It is one of the main reasons for the tunnel magnetoresistance ratios to decrease significantly at high voltage biasing.     

Cu/Al引线键合界面金属间化合物生长过程的原位实验研究

铜引线键合由于在价格、电导率和热导率等方面的优势有望取代传统的金引线键合, 然而Cu/Al引线键合界面的金属间化合物(intermetallic compounds, IMC)的过量生长将增大接触电阻和降低键合强度, 从而影响器件的性能和可靠性. 针对以上问题, 本文基于原位高分辨透射电子显微镜技术, 研究了在50–220 ℃退火温度下, Cu/Al引线键合界面IMC的生长问题, 实时观测到了Cu/Al IMC的动态生长及结构演变过程. 实验结果表明, 退火前颗粒状的Cu/Al IMC 分布在键合界面, 主要成分为Cu₉Al₄, 少量成分为CuAl₂. 退火后Cu/Al IMC的成分是: 靠近Cu一端为Cu₉Al₄, 远离Cu的一端为CuAl₂. 同时基于原位观测Cu/Al IMC的动态生长过程, 计算得到了Cu/Al IMC 不同温度下的反应速率和激活能, 给出了基于原位实验结果的Cu/Al IMC的生长公式, 为优化Cu/Al引线键合工艺和提高Cu/Al引线键合的可靠性提供了指导.     

高温高压下掺硼宝石级金刚石单晶生长特性的研究

本文在5.1—5.6 GPa,1230—1600℃的压力、温度条件下,以FeNiMnCo作为触媒,进行单质硼添加宝石级金刚石单晶的生长研究.借助于有限元法,对触媒内的温度场进行模拟.研究得到了FeNiMnCo-C-B体系下,金刚石单晶生长的P-T相图.该体系下合成金刚石单晶的最低压力、温度条件分别为5.1 GPa,1230℃左右.研究发现,在单晶同一{111}扇区内部,硼元素呈内多外少的分布规律.有限元模拟结果给出,该分布规律是由在晶体生长过程中,{111}扇区的增长速度逐渐减小所致.{111}晶向的晶体生长实验结果表明,硼元素优先从{111}次扇区进入晶体.研究发现,这是该扇区增长速度相对较快,硼元素扩散逃离可用时间短导致的.另外,同磨料级掺硼金刚石单晶生长相比,对于温度梯度法生长掺硼宝石级金刚石单晶,由于晶体的增厚速度较慢,即使硼添加量相对较高,也可以实现表面无凹坑缺陷的优质金刚石单晶的生长.     

岩盐结构SrC(111)表面和(111)界面的d~0半金属性

利用第一性原理方法,本文研究了岩盐结构的SrC块材、(111)表面和(111)界面的电子结构和磁性.块材的SrC被证实是一个良好的d~0半金属铁磁体.计算结果显示(111)方向的C表面和Sr表面都保持了块材的半金属性.对于(111)方向四个可能的界面,态密度的计算显示C-Pb界面呈现半金属特性.本文对岩盐结构SrC块材、(111)表面和(111)界面半金属性的研究结果,将为高性能自旋电子器件的实际应用提供一定的理论指导.     

高长径比柱状金刚石的高温高压合成与机理研究

为了拓展金刚石的种类和解决金刚石工具使用过程中因把持力不足造成的使用寿命降低等, 在中国式六面顶压机上, 通过对FeNi触媒成分和工艺的优化, 成功合成出高质量长径比大于2.5, 平均粒度在0.8—1.0 mm的柱状金刚石晶体. 该晶体独特的形貌, 将极大改善金刚石工具的在使用过程中出现的"脱粒"现象. 另外, 实验中发现, 柱状金刚石晶体的生长速度也远大于传统晶体的生长速度. 采用扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等手段对柱状金刚石晶体及晶体周围触媒成分进行了表征; 结果表明, 柱状金刚石晶体在生长过程中存在{100}和{111}晶面拉长, 以及包覆在晶体周围的触媒成分偏析. 在此基础上, 阐明了柱状晶体生长机理.