界面与间界面边界条件的重要作用.pdf

维普资讯 、。一一，，～， ‘ 第 27卷 第 4期 稀有金属材料与工程 V0I．27．No．4 1998年 8月 August1998 程 开 甲 程漱 玉 0午 (西北 所 024) 摘 要 材料特性不仅取决于薛定谔方程解 的相互作用项，还取决于不同样片的间界面 和边界条件 ：界面之间的电子密度和化学势连续，由于 自由表面上 电子 的量子条件产生隧 道效应而形成量子袋，当不同材料相接触时 ，问界面两侧 电子密度必须连续而产生 内应 力 ，电子的化学势必须相等造成电子 的迁移而形成二极层 。 关键词 电子密度 化学势 边界条件 内应力 二极层 面 的多数价电子能在整个空间中传输 ；在这种意义 1 引 论 上 ，这些 电子在整个材料空间可视为 自由电子 。在布 里渊区运动的电子遵循测不准关系，当它们越过带区 任何一个物理问题的求解必须有边界条件，不可 输运时产生量子隧道现象。相距较远的原子之间电子 能只从运动方程获得有用的信息。建立了正确的边界 只能通过隧道输运 ，因此必须引入量子袋修正，这种 条件 ，问题也就解决 了一半 。这方面的例子在凝聚态 情况中的量子效应是主要的，通常的TFD模型则不 材料中是相当多的：比如 ，在求解周期晶格 中的电子 能用 ，具有层状结构和哑铃键的石墨、强各向异性的 运动时，波函数满足周期性的边界条件引导 出能带理 陶瓷和多数有机化合物 ，均属这种情况。量子袋修正 论；统计的TFD方法很好地描述 了原子 内壳层 中电 的引入使 TFD模型可用于描述壳层 内壳层外的晶格 子的行为、电子密度分布、结构形成因子 ，尤其是核 中电子的行为。 爆炸高压下凝聚态材料的状态方程 。但在低压弹塑性 泡里不相容原理 ： 凝聚态材料领域中，包括合金生成能、状态方程、内 泡里不相容原理是建立周期表时得到的 ，它决定 应力、功函数等许多方面，这一方法完全不适用。理 了原子、进而凝聚态的主要特性 ，在材料状态的控制 论的失败正是因为没有合理地考虑边界条件 。也正是 中起到极为重要 的作用，但它在实际中如何起作用却 因为没有准确处理好边界条件 ，近年来开展的纳米材 很少引起关注。Hartree—Fock和TFD模型在数值计 料和多层薄膜研究 中的许多新现象都没能得 到合理 算 中加进交换项时考虑了这一原理 ；Heisenberg用 电 的分析和解释 ，尤其在光、电等性能的认识上缺乏系 子的反对称形式表述波函数来解释铁磁性。但通常认 统的认识。 ． 为引入交换项只是为了提高精度 ，甚至在 TFD模型 以下将根据第一原理来分析研究材料表面和界 中也是如此 。必须认识到 ，泡里不相容原理是费米统 面上电子边 界条件 的重要特性及控制材料特性 的一 计和金属理论的基础 ，它限制了电子对能级的占据 。 些主要因素。主要考虑量子力学效应和泡里不相容原 由于在 电子密度高的情况中，交换能起不到重要的决 理 。