Cu（001）表面上团簇Cu13和Au116及沉积原子Cu结构的分子动力学研究

论文摘要

近些年来,随着新型纳米电子器件、新型纳米催化剂等技术的飞速发展,以及一些新的实验技术、手段的采用,使得贵金属粒子在不同衬底上结构的实验和理论研究越来越受到研究者们的关注。但是,传统的实验方法很难直接观测到原子结构的变化。建立在经验或半经验原子势基础上的计算机模拟则为人们提供了一种研究这种原子尺度上结构变化的手段。本文使用基于Johnson的Au-Cu二元体系嵌入原子势模型的分子动力学方法,模拟了Cu（001）表面上具有完全二十面体结构Cu13团簇、面心立方结构Au116团簇和Cu沉积原子的结构变化,在对这些结构的原子密度分布、原子平均内能和结合能等进行分析后,结果表明：Cu13团簇与Cu（001）表面作用后,团簇几何结构和结合能受到吸附位吸附高度以及温度的共同影响。温度较低时,团簇几何结构和结合能受吸附位吸附高度的影响较大；温度较高时,团簇几何结构和结合能受吸附位吸附高度的影响较小。结合能与团簇吸附在衬底表面第一层的原子数量相关。凹槽的存在和温度影响了异质Au团簇/Cu表面界面处的原子结构,处在团簇与衬底交界处的团簇原子受到凹槽的影响相对较大,较宽的凹槽和较高的温度有利于团簇原子与衬底原子间的位置交换。在将具有不同入射能的Cu原子沉积到的具有不同深宽比凹槽形的Cu（001）表面过程中发现,在同一槽宽的情况下,沉积后的结构依赖于槽的深度和入射能。在一定入射能量范围内,提高入射能有利于得到能量较低的结构,并且使凹槽内存在的空隙区域变小；由于凹槽中存在沿着两个槽壁和槽底三个方向的竞争生长,使得凹槽内存在着一个局域原子排列不同于其周围原子排列的区域,这个区域的存在与初始衬底模型的选择和入射能量有关；沉积的过程中,溅射原子的产生与入射能的大小有关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 原子沉积在衬底表面的研究意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 薄膜生长过程
• 1.1.3 影响薄膜形成的几个主要因素
• 1.1.4 衬底表面刻出凹槽的作用
• 1.2 团簇的性质及其研究意义
• 1.2.1 团簇研究的背景
• 1.2.2 贵金属团簇研究的意义和现状
• 1.3 衬底表面上金属团簇结构研究的意义和发展现状
• 1.4 本文研究的内容
• 第二章 分子动力学方法
• 2.1 分子动力学研究的历史背景
• 2.2 分子动力学（Molecular Dynamics,MD）的基本原理
• 2.2.1 基本原理
• 2.2.2 Gear预报—校正算法
• 2.2.3 速度标定
• 2.2.4 边界条件
• 2.2.5 初始条件
• 2.2.6 时间步长的选择
• 2.3 原子间相互作用势
• 2.3.1 两体势
• 2.3.2 多体势
• 2.3.3 嵌入原子方法（Embedded Atom Method,EAM）
• 2.4 模拟中用到的几个函数
• 13和Au₁₁₆结构的MD模拟'>第三章 Cu（001）表面上团簇Cu₁₃和Au₁₁₆结构的MD模拟
• 13团簇结构的MD模拟'>3.1 Cu（001）表面上Cu₁₃团簇结构的MD模拟
• 3.1.1 初始结构与模拟过程
• 3.1.2 模拟结果与讨论
• 3.1.3 小结
• 116团簇结构的MD模拟'>3.2 浅槽形Cu（001）表面上Au₁₁₆团簇结构的MD模拟
• 3.2.1 初始结构及模拟过程
• 3.2.2 模拟结果与分析
• 3.2.3 小结
• 第四章 在槽型Cu衬底（001）面上进行同质原子沉积的MD模拟
• 4.1 初始结构和模拟过程
• 4.2 模拟结果与讨论
• 4.2.1 模型Ⅰ的结果与讨论
• 4.2.2 模型Ⅱ的结果与讨论
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文