硼納米管的端口效應和Cu-TaN界面的結構模擬.pdf

1、隨著計算機的迅速發(fā)展和計算材料學的進展,材料的計算機模擬與設計已經廣泛地應用子材料科學的研究之中。本文基于第一性原理計算,研究了如下兩部分內容:硼納米管的端口效應和Cu/TaN界面的結構模擬。
　　1.硼納米管的端口效應
　　硼的晶體具有密度低、熔點高、超強硬度、高化學穩(wěn)定性等特點。近年來,關于硼納米管和一維納米結構高電導率的理論預測,激發(fā)了人們的興趣。迄今為止,關于硼納米管、納米線、納米帶和納米錐等一維納米結構的研究取得了

2、長足的進展。人們預期,硼的一維納米結構將成為下一代納米器件(如高溫半導體器件、場效應管、場發(fā)射以及超導納米器件等)的核心組件。
　　論文以課題組提出的一類新穎的硼二維結構為基礎,構造了一系列的“戴帽”硼納米管Bn(n=60、80、100、120、140、160、180)和無限長的、以B280為重復單元的硼納米管。端口“帽子”是“橄欖球狀”B60富勒烯的一半。本文計算了硼納米管的優(yōu)化結構的單點能、電子態(tài)密度、HOMO-LUMO能隙值

3、和平均鍵長等性質,對它們的結構、穩(wěn)定性和電學性質等方面進行了分析。
　　對于這類“戴帽”的新型硼納米管的主要計算結果如下:1)平均每原子的結合能隨著長度的增加單調遞減:2)隨著長度的增加,量子尺寸效應的影響逐漸減弱,它們的HOMO-LUMOGap呈現(xiàn)交替減小的趨勢,Gap值分布在0.00～0.37eV之間,無限長的硼納米管呈現(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界面的結構模擬<

4、br>　　本文用原子級模擬的方法,基于第一性原理和陳氏反演,對Cu、TaN體材料和Cu/TaN界面進行了模擬和探索。我們構建了Cu在Ta原子上方的界面和Cu在N原子上面的界面,通過第一性原理計算其結合能曲線,通過課題組提出的原子間相互作用勢的反演方法,得到的原子間相互作用勢,并對界面的結構性質和位錯等進行了詳細探索。
　　主要結果如下:
　　1)對于Cu、TaN體材料,通過反演得到的原子間相互作用勢具有一定的自洽性和有效性,

5、利用得到的勢參數(shù)能夠很好的重現(xiàn)第一性原理計算的結合能曲線,利用TaN的純元素對勢和異種元素原子間相互作用勢得到TaxNy的晶格常數(shù)跟實驗值相比相對誤差較小。
　　2)對于C刪界面,本文計算了晶胞寬度Lcell=4、6、8、10、12、14時位錯發(fā)生在不同金屬層上的情況。當晶胞的寬度Lcell相同時,隨著位錯位置的升高,位錯結構的界面出現(xiàn)了不連續(xù)區(qū)域,并且不連續(xù)區(qū)域逐漸擴大。在P=1時,界面上出現(xiàn)了空位,并隨著P繼續(xù)增大,空位向兩邊