本文主要由两部分组成：A)单个Ga原子在GaAs（001）β2（2×4）As-rich表面迁移行为的研究。B)碳纳米管中Ga的膨胀行为的理论研究在第一部分中，我们利用经验势的方法计算给出了Ga原子以及As原子在GaAs（001）β2（2×4）As-rich表面进行迁移时的势能面。根据我们的计算，我们找到的Ga原子在该表面上的能量较低的吸附位，这些吸附位与实验上得到的一致。此外，我们还发现了Ga原子在该表面上进行迁移的可能的路径。根据这些可能的迁移路径上的相对吸附能，我们发现Ga原子更喜欢沿着平行于表面上的As原子对的两条路径进行迁移。对于这个结论，我们可以用Ga原子在各迁移路径上所受的应力来解释。而As原子在GaAs（001）β2（2×4）As-rich表面进行迁移的情况则比较简单。几乎所有相对吸附能量较低的吸附位都集中在表面As原子对的两侧，从而形成了平行表面As原子对的两条迁移路径。另外，我们还对Ga原子在有限温度下在该表面上进行迁移的动力学过程进行了模拟计算。计算结果与实验也是定性相符的。在第二部分中，我们主要研究了Ga在碳纳米管中的热膨胀行为。我们首先介绍了关于纳米温度计的概念，以及纳米温度计所使用的材料。紧接着我们构造了C—Ga之间的相互作用的势。然后将β相的Ga填入碳纳米管中。对体系进行有限温度下的动力学模拟。所计算得到Ga在碳纳米管中的膨胀系数，其结果与实验值接近。我们发现炭纳米管中Ga柱的长度随温度的变化基本是线性的，这一结果有可能为纳米温度计的制备提供理论解释。
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