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文檔簡介
1、本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法,對二氧化鉿體系的電子結構和硅納米線的力學行為進行了理論研究。主要研究內容包括:摻雜釔對立方相二氧化鉿的結構穩(wěn)定性和缺陷性質的影響;不同晶相二氧化鉿的低密勒指數(shù)表面體系的表面弛豫、表面磁性、表面能和表面電子結構的研究分析;非晶相二氧化鉿模型的構造以及非晶相二氧化鉿-硅界面的原子構型和能帶偏移值的計算;一維硅納米線在拉伸應力下的結構演化和斷裂機制的研究。
本論文分為六章。第一章介紹二氧
2、化鉿體系和硅納米線體系在實驗研究、工業(yè)應用中的重要性以及采用理論模擬的必要性。第二章具體討論文中計算模擬方法的理論基礎以及實現(xiàn)方法。
第三章、第四章和第五章都是有關二氧化鉿體系的模擬、分析和結果討論。具體地,第三章討論了摻雜釔對立方相二氧化鉿晶體結構和電子結構的影響。通過對摻雜前后體系能量的比較,發(fā)現(xiàn)摻雜釔能夠使得常溫下并不穩(wěn)定的立方相二氧化鉿得到穩(wěn)定;對體系中氧空位缺陷的研究表明:未摻雜之前,中性的氧空位結構更容易形成,但是
3、摻雜釔之后,缺陷體系更傾向于失去一個電子,并且對摻雜前后缺陷體系的電子結構分析發(fā)現(xiàn),摻雜會使得原來存在的雜質能級消失,結果和實驗上光電子能譜的觀察相吻合,從而從原子層次解釋了摻雜釔對立方相二氧化鉿結構穩(wěn)定性和缺陷行為的影響。
第四章討論了單斜相、四方相和立方相二氧化鉿的低密勒指數(shù)表面的結構弛豫、表面形成能、表面磁性和電子結構性質。結果表明:表面體系的弛豫能夠不同程度地降低表面能,從而使表面結構得到更好的穩(wěn)定;鉿氧鍵的離子性特征
4、對于解釋表面正負離子的不同弛豫方式起著關鍵的作用。一般來說,化學配比的表面體系具有更低的表面形成能。但是某些非化學配比的亞穩(wěn)表面結構的形成能與最穩(wěn)定表面的形成能之間的差異不是很大,即在實驗中的某些化學環(huán)境下,可以觀察到這些體系的存在。通過自旋極化的計算,發(fā)現(xiàn)多氧的表面體系,即體系中氧鉿的比例大于二比一的情形,存在著d0鐵磁性,分析表明這是由氧原子2p軌道很強的自旋交換作用和價帶頂附近很高的氧2p電子的態(tài)密度共同作用的結果。這在一定程度上
5、解釋了實驗和理論上關于二氧化鉿體系中d0鐵磁性的爭論。
第五章是關于非晶相二氧化鉿-硅界面的原子構型和電子結構性質的研究。首先,我們利用第一性原理分子動力學的方法,在“熔化-淬火”方案下,構造得到了非晶相的二氧化鉿結構,分析表明:得到的二氧化鉿非晶相的結構特征能夠很好地與實驗的觀察相符合。進而,我們研究了非晶二氧化鉿和硅之間界面的原子構型和電子結構。結果發(fā)現(xiàn),體系中的界面態(tài)主要是來源于界面附近的硅鉿鍵;對能帶偏移值的計算顯示,
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