低能Pt原子与Pt（111）表面相互作用的分子动力学模拟

摘要

薄膜生长机制是薄膜科学研究的重点内容之一.在原子水平上研究薄膜生长的微观机制对揭示薄膜生长的物理本质、发展薄膜制备技术和开发新型薄膜材料都具有极为重要的科学意义.载能粒子沉积是以离子束技术和常规薄膜制备技术为基础而发展起来的一类具有广泛应用前景的薄膜制备方法,但受研究手段的限制,人们对载能粒子特别是低能粒子沉积的薄膜生长机制一直缺乏比较全面、系统的了解.本文运用分子动力学方法及EAM原子间相互作用势模拟了低能Pt原子入射分别替位掺杂Cu、Ag、Au、Ni、Pd等原子的Pt(111)表面上的沉积过程,主要探讨了低能沉积原子与基体表面的相互作用机制及对薄膜生长的影响;并进一步将所研究的范围扩大到了6种贵金属之间的(111)表面相互替位掺杂体系,分析了替位杂质影响体系表面稳定性的微观物理机制及其变化规律.本文的主要研究内容及结论如下:A.低能原子与基体表面的相互作用:低能Pt原子与Pt(111)表面的相互作用,存在一个溅射能量阈值,大约在30~40eV之间.表面吸附原子、空位缺陷以及溅射产额均随入射原子能量的增加而增加;表面吸附原子与空位缺陷的数量与分布,对于薄膜生长模式起着重要作用.在一定范围内适当地提高沉积原子的能量,将有助于扩大表面吸附原子及空位缺陷的产额及分布区域,有利于提高形核密度,降低晶核尺寸,促进薄膜的层状生长.B.替位杂质对贵金属(111)表面稳定性的影响:由于凝聚能和原子半径的差异,贵金属(111)表面杂质替位将改变体系的表面能.相对于基体原子而言,替位杂质原子的凝聚能高于基体原子的凝聚能或原子半径大于基体原子,将导致体系表面能降低;反之,体系表面能升高.通过表面能的变化可以预测二元合金的表面偏析行为.贵金属(111)表面杂质替位对表面空位形成能的影响则主要取决于替位杂质的凝聚能、原子半径以及合金溶解热.C.低能原子与掺杂基体表面的相互作用:贵金属Pt(111)表面引入Cu、Ag、Au、Ni、Pd等替位杂质,其主要作用是降低了体系的表面能,增加了体系的表面稳定性.低能Pt原子与各种掺杂Pt(111)表面相互作用的结果,同纯净Pt(111)表面相比,其表面吸附原子产额、溅射产额以及空位缺陷产额均有所降低.替位杂质改变了表面吸附原子与空位缺陷的区域分布及密度分布,这将一定程度的影响表面原子的成核,进而改变薄膜的生长模式以及薄膜的微观状态.

目录

文摘

英文文摘

独创性说明

引言

1绪论

1.1薄膜研究的重要意义

1.2薄膜科学研究的发展概况和研究现状

1.3本论文工作的主要目的和研究重点

参考文献

2计算机模拟方法

2.1计算机模拟方法总述

2.1.1计算机模拟的现实意义与发展概况

2.1.2计算机模拟方法概论

2.2分子动力学原理

2.2.1分子动力学基本方程

2.2.2分子动力学算法

2.2.3等温系综的分子动力学方法

2.3计算机模拟中的原子间相互作用势

2.3.1基于有效介质方法的原子间相互作用势简介

2.3.2有效介质理论(EMT)和嵌入原子方法(EAM)

2.3.3 EAM原子间相互作用势

参考文献

3低能Pt原子与Pt(111)表面的相互作用

3.1物理模型和模拟方法

3.2结果与分析

3.2.1溅射原子产额与空间分布

3.2.2表面吸附原子产额与径向分布

3.2.3空位缺陷产额

3.3本章小结

参考文献

4替位杂质对贵金属(111)表面稳定性影响的分子动力学研究

4.1物理模型与模拟方法

4.2表面能与表面原子空位形成能的计算方法

4.3结果与讨论

4.3.1替位杂质对表面能的影响

4.3.2替位杂质对表面偏析的影响

4.3.3替位杂质对表面空位形成能的影响

4.4本章小结

参考文献

5低能原子与掺杂基体表面的相互作用

5.1物理模型和模拟方法

5.2结果与分析

5.2.1溅射原子产额与空间分布

5.2.2表面吸附原子产额与径向分布

5.2.3空位缺陷产额

5.3本章小结

参考文献

6结论与展望

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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