硼納米管的端口效應(yīng)和Cu-TaN界面的結(jié)構(gòu)模擬.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展和計(jì)算材料學(xué)的進(jìn)展,材料的計(jì)算機(jī)模擬與設(shè)計(jì)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用子材料科學(xué)的研究之中。本文基于第一性原理計(jì)算,研究了如下兩部分內(nèi)容:硼納米管的端口效應(yīng)和Cu/TaN界面的結(jié)構(gòu)模擬。
　　1.硼納米管的端口效應(yīng)
　　硼的晶體具有密度低、熔點(diǎn)高、超強(qiáng)硬度、高化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)。近年來(lái),關(guān)于硼納米管和一維納米結(jié)構(gòu)高電導(dǎo)率的理論預(yù)測(cè),激發(fā)了人們的興趣。迄今為止,關(guān)于硼納米管、納米線、納米帶和納米錐等一維納米結(jié)構(gòu)的研究取得了

2、長(zhǎng)足的進(jìn)展。人們預(yù)期,硼的一維納米結(jié)構(gòu)將成為下一代納米器件(如高溫半導(dǎo)體器件、場(chǎng)效應(yīng)管、場(chǎng)發(fā)射以及超導(dǎo)納米器件等)的核心組件。
　　論文以課題組提出的一類新穎的硼二維結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),構(gòu)造了一系列的“戴帽”硼納米管Bn(n=60、80、100、120、140、160、180)和無(wú)限長(zhǎng)的、以B280為重復(fù)單元的硼納米管。端口“帽子”是“橄欖球狀”B60富勒烯的一半。本文計(jì)算了硼納米管的優(yōu)化結(jié)構(gòu)的單點(diǎn)能、電子態(tài)密度、HOMO-LUMO能隙值

3、和平均鍵長(zhǎng)等性質(zhì),對(duì)它們的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和電學(xué)性質(zhì)等方面進(jìn)行了分析。
　　對(duì)于這類“戴帽”的新型硼納米管的主要計(jì)算結(jié)果如下:1)平均每原子的結(jié)合能隨著長(zhǎng)度的增加單調(diào)遞減:2)隨著長(zhǎng)度的增加,量子尺寸效應(yīng)的影響逐漸減弱,它們的HOMO-LUMOGap呈現(xiàn)交替減小的趨勢(shì),Gap值分布在0.00～0.37eV之間,無(wú)限長(zhǎng)的硼納米管呈現(xiàn)金屬特性;3)這類硼納米管存在著明顯的S軌道和P軌道雜化特征。
　　2.Cu/TaN界面的結(jié)構(gòu)模擬<

4、br>　　本文用原子級(jí)模擬的方法,基于第一性原理和陳氏反演,對(duì)Cu、TaN體材料和Cu/TaN界面進(jìn)行了模擬和探索。我們構(gòu)建了Cu在Ta原子上方的界面和Cu在N原子上面的界面,通過(guò)第一性原理計(jì)算其結(jié)合能曲線,通過(guò)課題組提出的原子間相互作用勢(shì)的反演方法,得到的原子間相互作用勢(shì),并對(duì)界面的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和位錯(cuò)等進(jìn)行了詳細(xì)探索。
　　主要結(jié)果如下:
　　1)對(duì)于Cu、TaN體材料,通過(guò)反演得到的原子間相互作用勢(shì)具有一定的自洽性和有效性,

5、利用得到的勢(shì)參數(shù)能夠很好的重現(xiàn)第一性原理計(jì)算的結(jié)合能曲線,利用TaN的純?cè)貙?duì)勢(shì)和異種元素原子間相互作用勢(shì)得到TaxNy的晶格常數(shù)跟實(shí)驗(yàn)值相比相對(duì)誤差較小。
　　2)對(duì)于C刪界面,本文計(jì)算了晶胞寬度Lcell=4、6、8、10、12、14時(shí)位錯(cuò)發(fā)生在不同金屬層上的情況。當(dāng)晶胞的寬度Lcell相同時(shí),隨著位錯(cuò)位置的升高,位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的界面出現(xiàn)了不連續(xù)區(qū)域,并且不連續(xù)區(qū)域逐漸擴(kuò)大。在P=1時(shí),界面上出現(xiàn)了空位,并隨著P繼續(xù)增大,空位向兩邊