表面支撐的鉭摻雜硅團(tuán)簇幾何和電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)研究.pdf

1、團(tuán)簇是介于微觀和宏觀之間的一物質(zhì)結(jié)構(gòu)新層次，由于量子尺寸效應(yīng)，團(tuán)簇的穩(wěn)定性、磁學(xué)和光學(xué)等常會表現(xiàn)出很多新穎的性質(zhì)。硅作為微電子領(lǐng)域一種重要的半導(dǎo)體材料，其團(tuán)簇形式已被眾多的理論和實(shí)驗(yàn)所研究，純的硅團(tuán)簇不像炭的團(tuán)簇那樣穩(wěn)定。通過摻雜適當(dāng)?shù)倪^渡金屬原子，不但有效改善了純的硅團(tuán)簇的穩(wěn)定性，而且大大改善了硅團(tuán)簇的電子特性。之前對過渡金屬硅團(tuán)簇的理論研究多集中于對自由團(tuán)簇的研究，本文考慮到實(shí)驗(yàn)中的具體環(huán)境(如：襯底)，建立了一系列g(shù)raphene

2、表面支撐的TaSin(n=1-3，12)團(tuán)簇的計(jì)算模型，并采用密度泛函方法對該體系的幾何和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算研究。另外，論文最后報道了d電子數(shù)目互補(bǔ)的過渡金屬Irn和Tan(n=4-10，12，13)自由團(tuán)簇的對比研究。
　　 第三章主要運(yùn)用MedeA-VASP軟件中的PAW密度泛函理論方法研究了graphene表面支撐的TaSin(n=1-3，12)團(tuán)簇的幾何穩(wěn)定性、電子轉(zhuǎn)移特性、差分電荷密度。結(jié)果表明，TaSin(n=1，2，

3、3)團(tuán)簇最穩(wěn)定的吸附位置都是Ta原子在芯(H)位上，而TaSi12只能吸附在頂(T)位上。前者的Ta-Si鍵長以及它們距graphene表面的距離，發(fā)生了較大的變化，而TaSi12的幾何結(jié)構(gòu)幾乎沒有變化。這是因?yàn)镾i原子數(shù)目較小的時候，如n=1或2時，團(tuán)簇中的Ta原子與graphene表面的C原子相互作用比較強(qiáng)，因而團(tuán)簇與表面的相互作用大；隨著Si原子數(shù)目增大，Ta原子慢慢被Si原子團(tuán)簇包圍，減弱了與graphene表面的相互作用，當(dāng)n

4、=12時，TaSi12中Ta原子已經(jīng)被Si原子完全包裹在中心，因此團(tuán)簇幾乎和表面之間沒有相互作用。從吸附能的數(shù)值上看，平均吸附能隨著Si原子數(shù)目增加而減小。TaSi和TaSi2在graphene表面是化學(xué)吸附，TaSi3和TaSi12則是物理吸附。在吸附過程中，由于過渡金屬鉭與石墨烯之間存在電荷轉(zhuǎn)移，這就導(dǎo)致了石墨烯電子結(jié)構(gòu)將被摻雜，隨著團(tuán)簇尺寸的不同，這種摻雜方式也不同，當(dāng)團(tuán)簇尺寸較小時，這種摻雜表現(xiàn)出n型摻雜，而團(tuán)簇較大尺寸時，則為

5、p型摻雜。
　　 第四章主要運(yùn)用ADF軟件中考慮相對論的密度泛函方法對同處于第六周期、但d電子數(shù)目互補(bǔ)的過渡金屬Irn和Tan(n=4-10，12，13)團(tuán)簇的的兒何結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，電子結(jié)構(gòu)和磁性等性質(zhì)。Irn團(tuán)簇的基態(tài)結(jié)構(gòu)主要以非緊湊的棱柱、簡立方等中空結(jié)構(gòu)為增長方式，而Tan團(tuán)簇的基態(tài)結(jié)構(gòu)則按緊湊密堆積結(jié)構(gòu)為增長方式。Irn和Tan的平均結(jié)合能都表現(xiàn)出尺寸效應(yīng)，隨尺寸增大，團(tuán)簇的結(jié)合能也不斷增大，但增加方式有所不同，Irn團(tuán)簇的

6、結(jié)合能曲線表現(xiàn)出微弱的奇偶振蕩，而Tan團(tuán)簇的增長曲線比較平滑，總體看來，Tan團(tuán)簇的平均結(jié)合能遠(yuǎn)大于Irn團(tuán)簇的。Irn(n=4-10)的能量二階差分，最低未占據(jù)軌道和最高占據(jù)軌道之間的能隙(HOMO-LUMO gap)及原子平均磁矩都隨團(tuán)簇尺寸表現(xiàn)出比較明顯的奇偶振蕩，而Tan(n=4-10)的這些參量曲線振蕩表現(xiàn)較弱，Irn的偶數(shù)團(tuán)簇相對穩(wěn)定，而Tan的奇數(shù)團(tuán)簇更穩(wěn)定。另外，除Ta4團(tuán)簇LUMO-HOMO能隙較人外，其余的Irn和