發(fā)布時(shí)間：2020-11-20 22:46

　　 在本文中,我們利用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,系統(tǒng)的研究了在Al(111)襯底表面生長(zhǎng)二維鍺材料的生長(zhǎng)機(jī)制。首先,二維鍺材料生長(zhǎng)在Al(111)金屬襯底表面上已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)上成功實(shí)現(xiàn),我們的目的是找出其生長(zhǎng)機(jī)制以及生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)�？紤]到鍺原子在實(shí)驗(yàn)上有形成團(tuán)簇的可能性,所以我們首先探究了鍺團(tuán)簇在真空中的結(jié)構(gòu)和能量,然后將團(tuán)簇生長(zhǎng)在Al(111)金屬襯底表面上觀察結(jié)構(gòu)和能量,最終發(fā)現(xiàn)鍺團(tuán)簇比二維鍺材料在Al(111)金屬襯底表面上能量更有優(yōu)勢(shì),再加之實(shí)驗(yàn)上蒸發(fā)出的鍺原子速度非常慢,所以我們從理論計(jì)算上否定了Al(111)金屬襯底表面生長(zhǎng)成鍺團(tuán)簇的可能性。第二部分,我們探究了鍺在Al(111)金屬襯底表面的生長(zhǎng)機(jī)制以及最終生長(zhǎng)成的結(jié)構(gòu)。我們采用單原子生長(zhǎng)在金屬襯底表面的方法,總結(jié)出來(lái)三種生長(zhǎng)模式,這三種生長(zhǎng)模式分別生長(zhǎng)成三種二維鍺材料,其中前兩種生長(zhǎng)模式生長(zhǎng)出的二維鍺材料是沒有褶皺的純平面結(jié)構(gòu),第三種生長(zhǎng)模式生長(zhǎng)出的二維鍺材料帶有褶皺,而且第三種生長(zhǎng)模式下生長(zhǎng)出的鍺烯與實(shí)驗(yàn)上STM觀察到的結(jié)果是一致的,與實(shí)驗(yàn)文章中的計(jì)算模擬的結(jié)果也是相符的。但是存在一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題,在生長(zhǎng)過(guò)程中第三種模式不是能量最低的,這種模式在生長(zhǎng)過(guò)程中沒有一個(gè)尺寸相對(duì)于其他兩種生長(zhǎng)模式在能量上占優(yōu)勢(shì),這表明在實(shí)驗(yàn)上不傾向于形成這種結(jié)構(gòu),實(shí)驗(yàn)和理論模擬計(jì)算不符,在實(shí)驗(yàn)和計(jì)算上存在疑問(wèn)需要我們?nèi)ソ鉀Q。第三部分,為了解決Al(111)金屬襯底表面生長(zhǎng)出的最優(yōu)結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)上所觀察到的STM亮點(diǎn)有所不同這一問(wèn)題,我們通過(guò)構(gòu)建Ge和Al(111)金屬襯底近表面合金的方式來(lái)解決。首先計(jì)算模擬鍺原子在Al(111)金屬襯底表面形成合金的過(guò)程,然后開始用鍺的單原子進(jìn)行生長(zhǎng)。我們一共探究出了三種生長(zhǎng)模式,其中一種生長(zhǎng)模式生長(zhǎng)出的二維鍺材料帶有褶皺,這種生長(zhǎng)模式在生長(zhǎng)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)大部分都是基態(tài),即非常多的結(jié)構(gòu)在此原子數(shù)下能量最低,所以這種生長(zhǎng)模式在實(shí)驗(yàn)上最容易出現(xiàn),并且第一種生長(zhǎng)模式生長(zhǎng)出的結(jié)構(gòu)進(jìn)行STM圖像模擬時(shí)得到的圖像與實(shí)驗(yàn)上STM觀察到的圖像相同,而且亮點(diǎn)之間的距離誤差在4%左右,這個(gè)誤差在允許范圍內(nèi),生長(zhǎng)模式一在實(shí)驗(yàn)上非常容易形成。另外兩種生長(zhǎng)模式生長(zhǎng)出的結(jié)構(gòu)是純平面的,這兩種結(jié)構(gòu)在Al(111)金屬襯底表面上能量最低,意味著在實(shí)驗(yàn)上最容易形成,但是在Ge和Al(111)金屬襯底近表面合金上卻不容易形成,相對(duì)于第一種生長(zhǎng)模式中的結(jié)構(gòu)其能量相差大,實(shí)驗(yàn)上生長(zhǎng)出后兩種結(jié)構(gòu)的幾率小。至此我們探究了Ge和Al(111)金屬襯底近表面合金上鍺材料的生長(zhǎng)模式,解決了實(shí)驗(yàn)上對(duì)結(jié)構(gòu)的不合理解釋,給出了更加合理和準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)。這些結(jié)果將會(huì)給實(shí)驗(yàn)科學(xué)家提供理論指導(dǎo)。
【學(xué)位單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O469
【部分圖文】：

2-1鍺烯結(jié)構(gòu)模擬圖

中科院秦志輝課題組在 Pt(111)襯底表面上，通過(guò)超高真空表面氣外延生長(zhǎng)鍺原子的方法，首次制備出單層褶皺的二維蜂窩狀鍺烯[18]，如圖 1.2.3-示。

19]、表面環(huán)境不同、襯底和鍺烯的晶格匹配度不同等等因素，不同襯底生長(zhǎng)出來(lái)鍺烯結(jié)構(gòu)也不相同。所以鍺烯結(jié)構(gòu)相變成為了一個(gè)重要的研究課題。在 Cu(111)金屬表面襯底上，鍺原子傾向于形成雙層堆垛的鍺烯[20]，如圖 1.2.4-1示。
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2 張青蓮,趙敦敏,李文軍,錢秋宇;鍺原子量的新測(cè)定(英文)[J];質(zhì)譜學(xué)報(bào);2000年02期

3 李寶龍,曹陽(yáng),馮建文,耿道林;含磷、硅、鍺原子的三元環(huán)化合物的幾何構(gòu)型及電子結(jié)構(gòu)(英文)[J];蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué));1997年02期

4 林云飛,沈志堅(jiān),陸坤權(quán),趙雅琴,常龍存;鉍鍺酸鹽玻璃中鍺原子近鄰結(jié)構(gòu)的EXAFS研究[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);1986年02期

5 何伯延 ,周拒非;Nb-Ge超導(dǎo)帶表面薄層鈮鍺原子比的X—射線熒光光譜測(cè)定[J];礦冶工程;1981年01期

6 陳益;新材料的應(yīng)用和綜合[J];考試(高考版);2003年02期

7 黃立;杜世萱;高鴻鈞;;硅烯和鍺烯的生長(zhǎng)及其機(jī)制研究[J];物理;2018年03期

8 鄭衍生,張大雷;石墨爐原子化器中原子化過(guò)程的研究——Ⅳ.石墨管襯底材料對(duì)鍺原子化的影響[J];應(yīng)用化學(xué);1987年04期

9 白明章,安逢龍,孫麗娟;新型有機(jī)鍺倍半氧化物及硫化物的合成[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào);1991年05期

10 柳志龍;;石墨爐原子吸收法測(cè)定焙燒煙塵和渣中鍺[J];理化檢驗(yàn).化學(xué)分冊(cè);1988年05期

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本文編號(hào)：2892111