過渡金屬二硼化物(0001)表面穩(wěn)定性的第一性原理研究

1、分類編「 , ） ：  單位代碼：10065泌 州 .  學 巧 : 0 92 060 07研究生學位 論文論文題 目? .i 寸 渡金屬二硼化物 （ 0001) 表面穩(wěn)定件 的 第 一 性 原 理 研 究學 生 姓 名：秦娜 申請學位級別： 碩士申請專業(yè)名稱： 理論物理研 究 方 向： 第一性原理應用 指導教師姓名：趙輝 專業(yè)技術職稱： _ 教授提交論文日期： 2012 年 3 月 中 義摘 要摘 要硼 及

2、其硼化 合物 在現(xiàn) 代 工業(yè) 屮廣泛 應 用于 國 民經(jīng) 濟 各部 門。 硼 化合物 人 多I f l hl高溫 、耐 磨 ，其 中許 多化 合 物 具有獨 特 的物 理化 學性 質(zhì) 。隨著超 導 臨 界轉(zhuǎn) 變溫 度(rc ) 39K 的二硼化鎂( M gB2)的發(fā)現(xiàn)，引起了物理學界對硼化物的極大關注 。其中A 1 B 2 型金屬二硼化物 因為具有 良好 的物理化學性質(zhì) ，如高硬度 、高熔 點、高抗氧化 能力 、半金屬性 、優(yōu) 良的導

3、電性等特 點而 被 廣泛研 究 。特 別 是在 20 10 年石墨稀 的研 究 獲 得 了諾 貝爾物 理獎 以后 ， 人們對 類 石 墨烯 的硼 片 也產(chǎn) 生 了興 趣 。 但是由于硼原子 軌道上缺少一個 電子不易形成類石墨烯的單層硼片結構，因此轉(zhuǎn)而研究一些枷化物的塊材和表面性質(zhì)。本文 利用第 一性原理 計 算方 法研 究二硼 化 物塊 材及 （ 000 1) 表 面 ，計算 并 討論 了 （ 000 1) 表 面 的幾 何 結構和 電

4、子性質(zhì) 。所有計 算采 用廣義梯度 近 似 下 的平 面波 超軟贗 勢方法 ，通 過 計算 晶胞 總 能量并進 行 幾何優(yōu)化 ，得到基 態(tài)平 衡 模 型 ，并以此模 型 為基 礎 對 晶體 （ 000 1) 表 面 原子幾 何 弛豫 、能帶結構 、態(tài) 密 度 、分 態(tài) 密度 、電子布 居 、 差分 電子 密度 、 表 面 能進行 計算 分 析 ， 主 要研 究 內(nèi)容及 結 果 如 下 :(1 )優(yōu) 化 后 的結構基 礎 上 計算 并分析

5、 了理想 二硼 化物 晶體 的能帶 結構和 態(tài) 密度 。通 過對 能帶 結構 和態(tài) 密度 的分析 ，理 想 泌 2品體 的能帶結構在 費米 面 處均 無帶 隙 ，其 塊 材 性 質(zhì)表現(xiàn) 出 良好 的金屬 性 ，即 良好 的導 電性質(zhì) 。由態(tài) 密 度 分 析 得 到這幾種二硼化物的化學穩(wěn)定性的情況，M B 2( M =Sc,Y ,V ， N b,C r ,M o)這幾種化合物 中， N bB 2 的 W 。 c e /W b 值最接近 1

6、，所 以 N bB 2具有最高的化學穩(wěn) 定性 。(2 ) 對 M B 2(M = Sc,Y ,V ,N b,C r,M o)(0001) 表面的第一性原理計算結果表 明：首先 ，對 于表 面 結構 充分 弛 豫后 ，表 面 電子 只有 重 新分配 才 能達 到 更 穩(wěn) 定的結構 。 (000 1) 表 而 弛 豫的變 化 程 度 不 同 ，但 是 弛 豫現(xiàn) 象 都 主 要 集 中在 上面三層 原子 ， 當原子層數(shù)達 到 7 層后 弛 豫

7、程度趨 于收斂 。 其次， 根據(jù) 表 面 能判 據(jù) ，III 族 金 屬 二硼 化物表 面金 屈 終端 表 面更 為穩(wěn) 定 ；V 族 金屬二硼化 物 表 面硼 終 端表 1 ( 1 [更 穩(wěn) 定 ；V I 族 金 丨 , ? ： 硼 化 物 表 面 在 硼 化 學 勢 的 更 大 的范 圍 上硼 終 端 表 面穩(wěn)定 ， 從 III族 金 誠 到 V I族 公屈 ： 側(cè) 化物 表 面 硼 終 端 表 面 穩(wěn) 記所 占百分 比越 來 越