Ag在MgO(001)面吸附与沉积的第一性原理研究

摘要

金属原子在氧化物表面的吸附与沉积过程是表面科学的重要课题，由于其在催化，复合材料，微电子和光电子器件，磁性纳米结构领域内都有非常广的应用前景，因此受到了广泛的关注。Ag/MgO作为一种典型的金属/氧化物体系，具有很强的代表性，Ag在MgO表面的吸附与沉积过程今年来更是引起了广泛的关注。为了更进一步从微观上对该体系的特性进行研究，本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法首先研究了Ag原子在清洁的MgO(001)表面吸附与沉积过程，计算了不同尺寸的Ag原子团簇在MgO(001)面吸附的几何构型、吸附能和粘附能。并对其电子结构进行了计算。研究结果表明：单个Ag原子吸附在MgO(001)时，MgO表面的O原子顶点为最稳定吸附点，Ag原子与O原子之间形成较弱的化学吸附。当Ag团簇吸附时，我们考虑了不同结构的团簇构型，计算结果表明，立式的平面结构比平面结构要更稳定，是最稳定的吸附结构。由于吸附Ag原子之间的相互作用较强，以及Ag原子在MgO(001)表面较低的扩散势垒，后来的Ag原子更倾向于与先前所吸附的Ag原子相结合，形成一个个独立的原子岛，使得Ag原子在MgO(001)面的沉积过程中遵循一个三维的Volmer-Weber生长模式。
　　 在实际应用中，MgO表面往往随着加工手段的不同，会存在一些如空位点、台阶等缺陷，这些缺陷对金属原子的吸附属性有着很大的影响，尤其是空位点，如O空位对吸附的金属原子的聚集和成核有着很重要的促进作用，在本文中，本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法首先研究了Ag原子在带O空位的缺陷MgO(001)表面吸附与沉积过程，对Ag原子在中性的O空位(Fs)以及带一价正点荷的O空位(Fs+)的吸附属性做了一个较详细的研究，获得了与实验研究和其他理论工作符合良好的结果。研究结果表明：在单个Ag原子吸附时，Ag原子在Fs点比在清洁表面时的结合程度要强很多，Ag在Fs+点的成键更强。但在Ag原子团簇吸附时，中性O空位Fs对团簇的吸附能与粘附能反而要更强一些。原因是在带电空位，由于与先吸附的Ag原子的结合过于紧密，反而阻碍了后来的Ag原子与先前的Ag原子相结合。