本文關(guān)鍵詞： 米線 納米 薄膜 生長(zhǎng) 機(jī)理 第一性 原理 研究　出處：《鄭州大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：納米尺度下對(duì)材料進(jìn)行調(diào)控以獲得新奇的性質(zhì)和功能在過(guò)去的幾十年獲得了飛速的發(fā)展。在低維尺度下,量子尺寸效應(yīng)對(duì)很多材料的自組裝生長(zhǎng)過(guò)程以及一系列相關(guān)的電子、光學(xué)、化學(xué)、機(jī)械性質(zhì)有很強(qiáng)的調(diào)控功能。研究低維材料如超薄薄膜、納米線的生長(zhǎng)對(duì)激光、超導(dǎo)、集成電路等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。本文運(yùn)用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,系統(tǒng)的研究一維金屬納米線、二維超薄薄膜的生長(zhǎng)過(guò)程,并分析總結(jié)量子尺寸效應(yīng)對(duì)材料性質(zhì)的影響。主要可分為以下三個(gè)部分:1、我們研究了多種金屬納米線包括Au、Ag、Pb、Ir等多種納米線的穩(wěn)定性隨納米線長(zhǎng)度和直徑的變化規(guī)律。我們發(fā)現(xiàn),電子在納米線末端的Friedel振蕩導(dǎo)致納米線的穩(wěn)定性隨著長(zhǎng)度有著周期變化的規(guī)律,某些幻數(shù)長(zhǎng)度下,納米線具有更好的穩(wěn)定性。研究還發(fā)現(xiàn),納米線的穩(wěn)定性周期受到直徑的影響,并且一價(jià)金屬和多價(jià)金屬呈現(xiàn)不同的穩(wěn)定性周期變化趨勢(shì)。對(duì)于一價(jià)金屬Au,隨著納米線直徑的增加,納米線穩(wěn)定性的周期單調(diào)增加,并且在直徑為5.77?的時(shí),穩(wěn)定性周期收斂到4a0或5a0(a0為納米線生長(zhǎng)方向的原子間距)。對(duì)于多價(jià)金屬如Pb和Ir,穩(wěn)定性周期隨著直徑的增加單調(diào)遞減,在直徑4.97和11.4?的時(shí)收斂到2a0。上述結(jié)果表明,當(dāng)納米線的直徑增加到10?左右時(shí),納米線(等效于納米島)的穩(wěn)定性周期迅速收斂到相應(yīng)的薄膜的數(shù)值。我們還發(fā)現(xiàn),納米線的功函數(shù)隨著其長(zhǎng)度增加也會(huì)周期變化,并且和穩(wěn)定性變化的周期一致。我們的研究結(jié)果不僅對(duì)實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的幻數(shù)長(zhǎng)度穩(wěn)定的Au和Ir納米線以及幻數(shù)層穩(wěn)定的Pb納米島作出了理論解釋,而且對(duì)量子尺寸效應(yīng)如何調(diào)控納米線,納米島和超薄薄膜的穩(wěn)定性做了普適的預(yù)測(cè)。2、我們研究了FCC(111)和HCP(0001)的Pb和Pb1 x Bix合金薄膜中表面能和功函數(shù)的相位關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),除了此前人們預(yù)測(cè)的表面能和功函數(shù)之間π/2的相位差以外,當(dāng)薄膜的厚度較小時(shí),表面能和功函數(shù)之間還有一個(gè)額外的相位差。這個(gè)額外的相位差隨著厚度變化并且當(dāng)薄膜比較厚的時(shí)候很快消失。我們從自由電子模型出發(fā)對(duì)這個(gè)額外的相位差進(jìn)行了理論解釋,發(fā)現(xiàn)這和Pb超薄薄膜獨(dú)特的費(fèi)米面嵌套密切相關(guān)。3、我們的合作者在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)雖然Zn O和Ga N的晶格常數(shù)只存在很小的失配,但是生長(zhǎng)Zn O/Ga N異質(zhì)結(jié)時(shí),由于應(yīng)力的作用,Zn O生長(zhǎng)過(guò)程中容易出現(xiàn)位錯(cuò)。另一方面,雖然Al2O3和Ga N存在很大的晶格失配,當(dāng)引入Al2O3間隔層之后,界面狀況會(huì)得到較好的改善。通過(guò)密度泛函理論計(jì)算,我們揭示了這種奇特現(xiàn)象的物理機(jī)制。結(jié)果顯示,在Zn O/Ga N界面,應(yīng)力會(huì)隨著Zn O的厚度線性增加,并且很快達(dá)到臨界值致使Zn O發(fā)生結(jié)構(gòu)相變。與之相反的是,在Al2O3表面生長(zhǎng)的Zn O中,應(yīng)力累積非常緩慢,并且會(huì)很快飽和,預(yù)示著更加穩(wěn)定的外延生長(zhǎng)。更深入的分析發(fā)現(xiàn),不定型結(jié)構(gòu)的Al2O3作為一個(gè)兼容性很好的襯底,可以有效地屏蔽應(yīng)力向界面的傳播。
[Abstract]:綰崇背灝哄害涓嬪鏉愭枡榪涜璋冩帶浠ヨ幏寰楁柊濂囩殑鎬ц川鍜屽姛鑳藉湪榪囧幓鐨勫嚑鍗佸勾鑾峰緱浜?jiǎn)椋為�熺殑鍙戝睍.鍦ㄤ綆緇村昂搴︿笅,閲忓瓙灝哄鏁堝簲瀵瑰緢澶氭潗鏂欑殑鑷粍瑁呯敓闀胯繃紼嬩互鍙?qiáng)涓�緋誨垪鐩稿叧鐨勭數(shù)瀛，

本文編號(hào)：1518114