镍与磷化镓表面吸附特性的第一性原理研究光学专业论文.docxVIP

优秀毕业论文 精品参考文献资料 摘要摘要 摘要 摘要 吸附是固体表面最重要的特征之二，在固态晶体表面上，原子或分子的力场 是不饱和的，固体表面的分子或原子具有剩余的力场，清洁的固体表面处于不稳 定的高能状态，极易产生表面吸附。吸附影响着固体表面的稳定结构和电学性质 以及器件性能，因此，固体表面的吸附行为受到了很大关注。 本文采用基于密度泛函理论的从头算法，利用VASP程序，研究了非磁性原子 锡和铅与磁性原子锰在镍表面的吸附行为，以及磷化镓半导体表面重构与表面钝 化机理。 1．研究了非磁性原子Sn吸附在NiOoo)、Ni(110)和Ni(111)表面的结构属性和 最稳定相在吸附前后的态密度分布。通过吸附能的计算，发现Sn吸附在镍的三个 表面的最稳定结构都是形成表面合金相的替代吸附，Ni(111)(43 X 43)R300-Sn 合金相并不存在表面层错现象。计算所得Sn吸附在Ni(100)、Ni(1 10)和Ni(11 1) 表面的皱褶幅度分别为0．47 A、0．49 A和0．55A，与实验结果吻合很好。由于价 电子电荷密度降低和表面应力减少，皱褶幅度均远小于硬球模型的期望值。另外， 研究了较大非磁性原子Pb在Ni(111)(43×43)R300表面的吸附行为，发现与Sn 在该表面的吸附行为类似。 2．研究了Mn吸附在Ni(110)c(2×2)表面时磁性对结构和电学性质的影响，考 虑了顺磁、铁磁以及反铁磁耦合情况。计算表明，在考虑的所有结构中铁磁耦合 表面替代吸附结构最稳定，而如只考虑顺磁耦合时第二层替代合金最稳定。因此， Mn原子的磁性增加了表面的磁性能，从而稳定了该合金表面。Mn-Ni(110)c(2x2) 表面合金皱褶幅度为0．26 A以及第三层的皱褶幅度为0．038 A，与实验结果吻合很 好。态密度分析表明Mn原子存在大的磁场分裂，比Mn．Ni(1 00)c(2x2)表面合金 (3．41eⅥ略大，Mn．3d和Ni．3d之间存在强的杂化现象。Ni(110)c(2×2)表面由于 Mn的吸附引起功函变化．0．59eV，意味着电荷从吸附物转移到底物。验证了大的皱 褶幅度和功函变化与Mn原子大的磁矩(3．81№)相关。另外，分析了Mn吸附在 Ni(1 11)p(2x2)表面结构和电学性质，最稳定结构是反铁磁耦合时的第二层替代合 金，Mn原子的磁矩为3．15№和．3．03№，电学性质分析表明Mn原子的局域性弱于 Mn-Ni(110)c(2×2)表面合金，这是由于bin原子磁矩较小所较。最后，我们把Mn／Ni 磁性表面合金与Mn／Cu磁性合金磁性合金进行了比较分析，认为磁性表面合金大 摘要的皱褶幅度由几何效应、磁体效应以及空位形成能共同决定。 摘要 的皱褶幅度由几何效应、磁体效应以及空位形成能共同决定。 3．详细研究了GaP(001)表面重构现象，模拟了GaP(00D表面在退火实验中 的相变过程，得到了GAP(001)(1x2)、(2x2)和(2x4)清洁表面的结构、能量和电学性 质。结构参数与原有的实验和理论结果吻合很好。通过相变图清楚地得到在不同 条件下的稳定相，发现在(1x2)至U(2x4)相变过程中存在的混合态可能是p2(2×4)， 6(2x4)和Ga(1x2)md结构的共存态。 4．详细研究了0．5ML和1ML硫吸附在磷截止与镓截止的GAP(001)(1 X 2)表 面的结构和电学属性。吸附能计算结果表明，0．5ML硫吸附时最稳定结构是硫吸 附在镓截止表面的桥位置；1ML硫吸附在GAP(001)(1×2)表面时最稳定结构是吸 附在镓截止表面的桥和空穴位置，所有二聚物被断开，形成(1×1)的重构单元。S-Ga 键强于S．P键。对0．5ML和1ML硫吸附后的最稳定结构进行了相变分析，发现当 ．1．34eVAp(S)0时(1×1)结构更稳定，当△p(S)为一1．34eV时，(1x2)结构转变为(1x1) 结构，与实验结果一致。能带和态密度分析表明硫吸附在Gae(001)表面可以大幅 度降低费米能级处的表面态。1ML硫吸附在镓截止的GAP(001)(1 X 1)表面时在r 处的能隙为1．61eV，禁带中的表面态几乎消失，而吸附在磷截止表面时由于存在 S-P反键态，禁带中的表面态没有减少，还存在一个新峰；另外，硫吸附在镓截止 表面时表面悬挂键趋于饱和，有效地防止外界环境对表面的污染。因此，硫吸附 在镓截止GaV(OOD表面时到了钝化的目的。 5．讨论了0．5ML和1ML的铟吸附在GAP(001)(1x2)表面时的结构和电学属性。 吸附能计算表明，0．5ML铟吸附时最稳定位置是HH，其次是HB位置。1ML铟吸 附时，铟吸附在HH．T3或HH．T4位置，吸附能只差30meV。电学性质分析表明 0．5ML和1ML铟吸附具有相似的吸附行为，费