几种不同维度的典型材料的结构与性质：第一性原理研究

摘要

涉及表面和界面体系的低维纳米结构，如通过表面调制作用自组织生长的一维纳米线，二维薄膜，以及超晶格界面结构体系，由于其展现出来的丰富的物理现象和其存在的潜在的应用价值成为研究热点。例如，在一维金属纳米线中人们发现了特殊的电子疏运性质和其它奇异的物理现象，如电荷密度波(CDW),自旋和电荷的分离，量子局域性等。在二维薄膜，氧化物特别是铁磁氧化物薄膜和高温超导氧化物薄膜由于尺寸效应而呈现诸多有趣而且有潜在应用价值的现象，如巨磁阻效应，约瑟夫森效应等。本论文采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理方法研究涉及表面和界面问题的不同维度材料的结构稳定性和电子结构性质。主要研究了氧化物表面一维纳米线结构，二维薄膜结构的稳定性和电子结构性质，同时还研究了涉及界面结构的具有特殊电子结构性质和磁性质的块体和超晶格材料。
　　 本研究包括以下六部分：
　　 第一章，首先介绍了表面科学的发展过程和研究现状。同时系统阐述了基底表面的结构特征、性质及应用。
　　 第二章，介绍了密度泛函理论的基本思想和理论基础以及基于该理论的VASP软件的计算方法。
　　 第三章，研究了如何利用SnO2（101）基底表面特殊的形貌特征去调制生长一维贵金属（Au，Pt）纳米线。并从表面扩散路径去描述了纳米线形成的微观图景，分析了两种金属成线过程中的差异，同时给出了为何这样的一维金属纳米线形成Zigzag 结构的可能解释。
　　 第四章，研究了MgB2 薄膜在MgO（1 1 1）表面可能形成的界面结构以及其对应的电子结构性质。同时在理论上分析了如何调节薄膜形成时的实验条件去得到可控的不同界面结构。
　　 第五章，用LSDA+U方法研究了钙钛矿结构BaCrO3块体材料以及BaCrO3-BaTiO3 界面体系半金属铁磁性。分析了屏蔽散射参数U 对以上材料电子结构和半金属性的影响。
　　 第六章，是对本文所做工作的简单总结，给出已经取得的研究结论的同时，对工作中存在的不足和预期可以进一步深入探讨和研究的方面作出展望。