本文關(guān)鍵詞：CALYSPO表面吸附和界面結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法及應(yīng)用　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：近年來(lái)隨著微電子器件向微型化趨勢(shì)發(fā)展,吸附和界面效應(yīng)對(duì)器件性能的影響更加突出,因此吸附和界面研究已經(jīng)成為當(dāng)前物理和材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。眾所周知,材料的微觀結(jié)構(gòu)是決定其宏觀性質(zhì)的最基本信息。只有確定了微觀結(jié)構(gòu),才能在更深層次上理解和優(yōu)化材料性能。但由于吸附與界面均處于化學(xué)環(huán)境劇烈變化區(qū)域,導(dǎo)致其微觀結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜,因此確定其微觀結(jié)構(gòu)是一個(gè)極具挑戰(zhàn)的課題。本論文基于課題組前期發(fā)展的CALYPSO結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法,綜合考慮表面吸附及界面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),發(fā)展了表面吸附及界面結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)新方法,并成功應(yīng)用于若干低維材料的結(jié)構(gòu)研究中,獲得如下創(chuàng)新性的研究成果:1.為了減小勢(shì)能面搜索空間,提高搜索效率和全局搜索能力,綜合考慮表面吸附結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),引入了固定吸附點(diǎn)技術(shù),對(duì)稱性、原子間最小距離限制和限域粒子群優(yōu)化算法等結(jié)構(gòu)處理技術(shù),發(fā)展了表面吸附結(jié)構(gòu)搜索方法和程序,集成到課題組前期開(kāi)發(fā)的CALYPSO軟件包中。該方法和程序的有效性已經(jīng)在若干吸附體系(如氫和氧化石墨烯表面等)的測(cè)試中得到了檢驗(yàn)。特別是利用該方法預(yù)測(cè)了單側(cè)氫吸附石墨烯表面的能量穩(wěn)定構(gòu)型,獲得了帶隙隨氫吸附濃度變化的關(guān)系,為調(diào)控石墨烯帶隙提供了新思路。2.金屬鋯表面的氧化一直是核材料研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)課題,然而現(xiàn)有鋯(0001)表面氧化結(jié)構(gòu)模型的功函數(shù)隨著氧吸附濃度的變化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在較大的差別。本論文利用自主發(fā)展的CALYPSO表面吸附結(jié)構(gòu)搜索方法,系統(tǒng)研究了氧吸附在鋯(0001)表面上的結(jié)構(gòu),預(yù)測(cè)出了一類(lèi)能量更穩(wěn)定的構(gòu)型。理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)新結(jié)構(gòu)模型的功函數(shù)隨著氧吸附濃度的變化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符合,表明該結(jié)構(gòu)是實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的最佳候選。我們的研究為金屬表面氧化體系提供了新的結(jié)構(gòu)原型。3.針對(duì)界面勢(shì)能面的復(fù)雜性,界面結(jié)構(gòu)的低對(duì)稱性,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性易受界面處晶格匹配度影響等難題,本論文引入了晶格匹配的快速搜索,配位數(shù)和原子間鍵長(zhǎng)限制的晶體生長(zhǎng),以及限制性二維粒子群優(yōu)化算法等結(jié)構(gòu)處理技術(shù),發(fā)展了CALYPSO界面結(jié)構(gòu)搜索方法。利用該方法成功搜索到了石墨烯armchair-zigzag晶界及二氧化鈦金紅石相(112)孿晶界的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),證明了其有效性。采用該方法預(yù)測(cè)出了具有不同氧缺陷濃度金紅石相(210)孿晶界的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),獲得帶隙隨氧缺陷濃度變化的關(guān)系,為調(diào)控二氧化鈦帶隙,提高其光吸收效率提供了一種有效的手段。
[Abstract]:In recent years , with the development of micro - electronic devices to microminiaturization , adsorption and interfacial effects have become a hot topic in the field of physical and material research .

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：O647.3

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