表面上有序排列的金屬團(tuán)簇：電子結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性.pdf

1、表面上有序排列的金屬團(tuán)簇在超高密度磁性記錄，新一代微電子學(xué)以及表面催化中都有非常重要的應(yīng)用前景。近年來，該領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)有了很大的進(jìn)展，通過“模板+幻數(shù)穩(wěn)定團(tuán)簇”的方法，人們已經(jīng)在材料的表面上生長了尺寸相同、空間分布均勻的多種金屬團(tuán)簇。于是，從理論上仔細(xì)地研究襯底一團(tuán)簇以及團(tuán)簇一團(tuán)簇的相互作用對理解表面上團(tuán)簇的形成以及相關(guān)的物理化學(xué)性質(zhì)有重要的意義。本論文使用第一原理計(jì)算方法研究幻數(shù)金屬團(tuán)簇Nb4二維有序排列在金屬Cu(111)、Cu(10

2、0)表面、半導(dǎo)體GaN(0001)表面和絕緣體NaCl(100)等表面上的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電子性質(zhì)，獲得一系列重要結(jié)果。 我們的計(jì)算結(jié)果表明：四面體和菱形構(gòu)型的Nb。團(tuán)簇都可以穩(wěn)定地吸附在Cu(111)、Cu(100)、GaN(0001)和NaCl(100)表面上。在Cu(111)、Cu(100)和GaN(0001)表面上，菱形結(jié)構(gòu)的Nb4比四面體結(jié)構(gòu)的Nb4更“穩(wěn)定”(指有更大的結(jié)合能)，從吸附的四面體構(gòu)型的Nb4團(tuán)簇轉(zhuǎn)換到菱形構(gòu)

3、型，需經(jīng)過一個(gè)較高的勢壘。電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算表明，在Nb4吸附后，表面與Nb4團(tuán)簇間有明顯的電荷重新分布，表面原子的電子態(tài)密度也明顯改變，意味著團(tuán)簇與表面間相當(dāng)強(qiáng)的相互作用。由于Nb4可以穩(wěn)定地，而且能夠以極高的密度吸附在Cu(111)、Cu(100)以及GaN(0001)表面上，故這樣的體系很可能有重要的應(yīng)用價(jià)值。Nb4吸附在Cu(111)、Cu(100)以及GaN(0001)表面上的情況相比，NaCl(100)表面上Nb4團(tuán)簇的吸附能很

4、小，而且表面與Nb4團(tuán)簇間沒有明顯的電荷重新分布，意味著團(tuán)簇與NaCI表面之間很弱的相互作用，這與Nacl(100)絕緣性的表面性質(zhì)相一致。(2×2)周期排列的菱形結(jié)構(gòu)的Nb。和四面體結(jié)構(gòu)的Nb4的吸附能差別很小. 此外，電荷密度的計(jì)算表明，在GaN(0001)表面上，(2×2)有序排列的全同Nb4團(tuán)簇之間的電荷密度有明顯的交疊，而(3×3)的有序排列已經(jīng)足夠消除團(tuán)簇間的電荷交疊，故(3×3)吸附能夠保持獨(dú)立團(tuán)簇的最大密度排列，