表面擔(dān)載氧化物薄膜和氫的電、磁與催化性質(zhì)研究.pdf

1、在表面上擔(dān)載薄膜或分子可以形成多種不同結(jié)構(gòu)，并表現(xiàn)出豐富的物理化學(xué)性質(zhì)，在自旋電子學(xué)、表面修飾與表面改性等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在本論文中，通過構(gòu)建模型并采用相應(yīng)的研究方法，如第一性原理方法、分子動(dòng)力學(xué)方法、反應(yīng)力場方法，我們研究了表面擔(dān)載氧化物薄膜的半金屬行為，氫分子在過渡金屬表面分解的動(dòng)力學(xué)過程，考察了物理性能與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)特征，并探討了其中物理機(jī)制，得到了一些有意義的結(jié)果。本論文的主要內(nèi)容如下：
　　 (1)第一章，介

2、紹了表面擔(dān)載薄膜與分子的研究現(xiàn)狀，對(duì)其物理性能和應(yīng)用前景做了一個(gè)簡要的描述。
　　 (2)第二章，簡述了密度泛函方法的基本思想以及與本論文的研究工作密切相關(guān)的參數(shù)的物理意義，介紹了基于密度泛函理論的第一性原理軟件--VASP，并給出了采用密度泛函方法計(jì)算的MnO2在拉應(yīng)力下的電子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的示例。我們發(fā)現(xiàn)，在一定的拉應(yīng)力作用下，MnO2將發(fā)生絕緣體-半金屬轉(zhuǎn)變。其中，鐵磁磁序的形成源于Mn原子之間的交換耦合系數(shù)的改變，而自旋向上導(dǎo)

3、帶的形成過程中，雙交換機(jī)制發(fā)揮了重要作用。
　　 (3)第三章，研究了TiO2(001)表面擔(dān)載不同厚度CrO2納米薄膜的電子結(jié)構(gòu)與磁學(xué)性質(zhì)，明確了基底應(yīng)力和尺寸效應(yīng)對(duì)CrO2薄膜性質(zhì)的影響。我們發(fā)現(xiàn)外延的CrO2薄膜中存在著豐富的物理現(xiàn)象，如1至3個(gè)原子層厚度的薄膜中出現(xiàn)的絕緣相，3層以上薄膜表面產(chǎn)生的反鐵磁磁序，4層及其更厚薄膜中半金屬性的重建等。借助晶體場理論與海森堡模型，我們給出了這些現(xiàn)象的可能解釋。
　　 (4

4、)第四章，介紹了反應(yīng)力場的函數(shù)形式、參數(shù)擬合、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建以及基于反應(yīng)力場的分子動(dòng)力學(xué)方法?；诜磻?yīng)力場方法，構(gòu)建了氫氣在干凈的Pd金屬表面的勢能面，研究了氫氣分子在金屬表面的碰撞動(dòng)力學(xué)特征，如分解概率與入射動(dòng)能之間的非單增關(guān)系，分解概率與振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)之間的關(guān)系，表面溫度對(duì)于分解概率的影響，并分析了其中的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。
　　 (5)第五章，通過分子動(dòng)力學(xué)方法與REBO反應(yīng)力場，研究了表面缺陷如點(diǎn)缺陷、臺(tái)階對(duì)于氫氣在表面的分解概率