為了研究涂層中Ti/TiB ₂界面性質(zhì),本文采用第一性原理方法計算了Ti（0001）和TiB ₂（0001）的表面能,6種不同Ti（0001）/TiB ₂（0001）界面的黏附功和界面能,并且分析了它們的電子密度、差分電荷密度和分波態(tài)密度（PDOS）.研究結(jié)果表明,當TiB ₂（0001）表面的原子層數(shù)n≥9時,其表面深處的原子具有體相原子的特征.在6種不同的界面中,B終端的Ti/TiB₂界面穩(wěn)定性均優(yōu)于Ti終端的界面,且B終端的孔穴位堆垛界面（BTH）和Ti終端的心位堆垛界面（TTC）分別是兩種終端最穩(wěn)定的界面.此外,BTH界面具有最大的黏附功（7.72 J/m²）,它在整個Ti元素的化學勢（-3.2⁰ eV）范圍內(nèi)也具有最低的界面能,說明BTH界面具有最好的穩(wěn)定性和結(jié)合強度.電子性質(zhì)和PDOS的研究結(jié)果表明,BTH界面主要由Ti–B共價鍵和Ti–Ti金屬鍵構(gòu)成,且Ti–B共價鍵是主要由界面處的B 2p和Ti3d軌道雜化所形成的. 

【文章來源】：科學通報. 2017,62(15)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

TiB2(0001)的表面能和鈦化學勢的關(guān)系

2017年5月第62卷第15期1658圖2(網(wǎng)絡(luò)版彩色)6種不同界面能和鈦化學勢的關(guān)系Figure2(Coloronline)RelationshipbetweeninterfacialenergyofsixvariousinterfacesandTichemicalpotential圖3(網(wǎng)絡(luò)版彩色)Ti/TiB2界面沿(110)平面的電子密度(e/3).(a)TTC界面;(b)BTH界面Figure3(Coloronline)Electrondensity(e/3)forTi/TiB2interfacesalong(110)plane.(a)TTCinterface;(b)BTHinterface新的電子態(tài),且該Ti原子的3d軌道和TiB2(0001)表面第1層的B2s軌道在5~0eV范圍產(chǎn)生雜化,形成較強的共價鍵.此外,該Ti原子和TiB2(0001)表面第2層的Ti原子在1.5和0.9eV附近均出現(xiàn)了2個明顯的峰,表明它們的3d軌道之間產(chǎn)生雜化,從而形成一定的金屬鍵.此外,比較Ti(0001)表面的3層Ti原子的分波態(tài)密度可以發(fā)現(xiàn),界面處Ti原子的曲線高度更低,且向低的能級方向偏移,說明了界面處Ti原子的一部分電子轉(zhuǎn)移給了界面的B原子,從而形成非極性共價鍵,與上述分析結(jié)果一致.圖4(網(wǎng)絡(luò)版彩色)Ti/TiB2界面沿(110)平面的差分電荷密度(e/3).(a)TTC界面;(b)BTH界面Figure4(Coloronline)Chargedensitydifference(e/3)forTi/TiB2interfacesalong(110)plane.(a)TTCinterface;(b)BTHinterface圖5(網(wǎng)絡(luò)版彩色)BTH界面的分波態(tài)密度.豎直的虛線表示Fermi能級Figure5(Coloronline)PartialdensityofstateofBTHinterface.TheverticaldashedlinedenotesFermilevel3結(jié)論(1)當TiB2(0001)表面的原子層數(shù)n≥9時,其表面深處的原子具有體相原子的特征.在低的鈦化學勢中,Ti終端的TiB2(0001)表面更穩(wěn)定;然而,當鈦原子的化學勢大于1.27eV時,B終端的TiB2(0001)表面變得更穩(wěn)定.(2)對于同一堆垛順序的界面,B終端的Ti/TiB2界面的黏附功均高于相應

rfacesalong(110)plane.(a)TTCinterface;(b)BTHinterface新的電子態(tài),且該Ti原子的3d軌道和TiB2(0001)表面第1層的B2s軌道在5~0eV范圍產(chǎn)生雜化,形成較強的共價鍵.此外,該Ti原子和TiB2(0001)表面第2層的Ti原子在1.5和0.9eV附近均出現(xiàn)了2個明顯的峰,表明它們的3d軌道之間產(chǎn)生雜化,從而形成一定的金屬鍵.此外,比較Ti(0001)表面的3層Ti原子的分波態(tài)密度可以發(fā)現(xiàn),界面處Ti原子的曲線高度更低,且向低的能級方向偏移,說明了界面處Ti原子的一部分電子轉(zhuǎn)移給了界面的B原子,從而形成非極性共價鍵,與上述分析結(jié)果一致.圖4(網(wǎng)絡(luò)版彩色)Ti/TiB2界面沿(110)平面的差分電荷密度(e/3).(a)TTC界面;(b)BTH界面Figure4(Coloronline)Chargedensitydifference(e/3)forTi/TiB2interfacesalong(110)plane.(a)TTCinterface;(b)BTHinterface圖5(網(wǎng)絡(luò)版彩色)BTH界面的分波態(tài)密度.豎直的虛線表示Fermi能級Figure5(Coloronline)PartialdensityofstateofBTHinterface.TheverticaldashedlinedenotesFermilevel3結(jié)論(1)當TiB2(0001)表面的原子層數(shù)n≥9時,其表面深處的原子具有體相原子的特征.在低的鈦化學勢中,Ti終端的TiB2(0001)表面更穩(wěn)定;然而,當鈦原子的化學勢大于1.27eV時,B終端的TiB2(0001)表面變得更穩(wěn)定.(2)對于同一堆垛順序的界面,B終端的Ti/TiB2界面的黏附功均高于相應的Ti終端界面,且BTH界面和TTC分別是兩種終端最穩(wěn)定的界面.此外,BTH界面具有最大的界面黏附功(7.72J/m2)和最小的界面間距(1.588).(3)在整個鈦的化學勢范圍內(nèi),B終端界面的表面能:BTT<BTC<BTH;而Ti終端界面的表面能:

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Phase transition, elastic and electronic properties of topological insulator Sb2Te3 under pressure: First principle study[J]. 盧清,張懷勇,程艷,陳向榮,姬廣富.  Chinese Physics B. 2016(02)
[2]二硼化鈦的高溫高壓制備及其物性[J]. 黎軍軍,趙學坪,陶強,黃曉慶,朱品文,崔田,王欣.  物理學報. 2013(02)
[3]First principle study on the elastic and thermodynamic properties of TiB2 crystal under high temperature[J]. 王春雷,余本海,霍海亮,陳東,孫海濱.  Chinese Physics B. 2009(03)



本文編號：3440790