不同密度氢吸附金刚石(100)表面的微观结构

刘峰斌; 汪家道; 陈大融; 赵明; 何广平

doi:10.7498/aps.59.6556

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摘要

利用基于广义梯度近似的密度泛函理论,计算了金刚石(100)表面不同氢吸附密度的平衡态几何结构和态密度.结果表明对于2×1构型,在平行和垂直表面两个方向上发生弛豫,而1×1构型仅在垂直表面方向上发生弛豫.另外,清洁2×1,2×1 ∶0.5H和1×1 ∶1.5H表面,带隙中存在空表面态;而对于1×1 ∶2H和2×1 ∶H两种表面结构,空表面态上移进入导带,带隙中不存在表面态.结合电荷密度分布,探讨了金刚石(100)不同构型和氢吸附密度表面的表面态诱发机理.

关键词:

氢吸附 /
金刚石 /
弛豫 /
表面态

作者及机构信息

(1)北方工业大学机电工程学院,北京 100144; (2)清华大学摩擦学国家重点实验室,北京 100084

基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2007CB707702)资助的课题.

参考文献

[1]	Wang L, Ouyang X P, Fan R Y, Zhang Z B, Pan H B, Liu L Y, Lü F X, Bu B A 2008 Chin. Phys. B 17 3644
[2]	Drory M D, Hutchinson J W 1994 Science 263 1753
[3]	Zhou L, Jia X P, Ma H A, Zheng Y J, Li Y T 2008 Chin. Phys. B 17 4665
[4]	Fang W, Jiang Z G, Liang J Q, Liang Z Z, Wang W B, Zheng N 2009 Acta Phys. Sin. 58 8033 (in Chinese) [方伟、姜志刚、梁静秋、梁中翥、王维彪、郑娜 2009 物理学报 58 8033]
[5]	Yang Y N, Yan J F, Zhai C X, Zhang F C, Zhang W H, Zhang Z Y Acta Phys. Sin. (in Chinese) [杨彦宁、闫军锋、翟春雪、张富春、张威虎、张志勇物理学报](已接受)
[6]	Liu F B, Wang J D, Chen D R 2008 Acta Phys. Sin. 57 1171 (in Chinese) [刘峰斌、汪家道、陈大融 2008 物理学报 57 1171]
[7]	Garrido A J, Heimbeck T, Stutzmann M 2005 Phys. Rev. B 71 245310
[8]	Kanai C, Watanabe K, Takakuwa Y 2001 Phys. Rev. B 63 235311
[9]	Liu F B, Wang J D, Liu B, Li X M, Chen D R 2007 Diamond Relat. Mater. 16 454
[10]	Girard H A, Simon N, Ballutaud D, Rochefoucauld E L, Etcheberry A 2007 Diamond Relat. Mater. 16 888
[11]	Loh K P, Xie X N, Lim Y H, Toe E J, Zheng J C, Ando T 2002 Surf. Sci. 505 93
[12]	Chu C J, D’Evelyn M P, Hauge R H, Margrave J L 1991 J. Appl. Phys. 70 1695
[13]	Liu F B, Wang J D, Chen D R, Yan D Y 2009 Chin. Phys. B 18 2041
[14]	Maier F, Ristein J, Ley L 2001 Phys. Rev. B 64 165411
[15]	Bobrov K, Mayne A, Dujardin G 2001 Nature. 413 616
[16]	Hamza A V, Kubiak G D, Stulen R H 1990 Surf. Sci. 237 35
[17]	Yang S H, Drabold D A, Adams J B 1993 Phys. Rev. B 48 5261
[18]	Zhang Z, Wensell M, Bernholc J 1995 Phys. Rev. B 51 5291
[19]	Pehrsson P E. Mercer T W. Chaney J A 2002 Surf. Sci. 497 13
[20]	Sque S J, Jones R, Briddon P R 2006 Phys. Rev. B 73 085313
[21]	Davidson B N, Pickett W E 1994 Phys. Rev. B 49 11253
[22]	Bobrov K, Mayne A, Comtet G, Dujardin G, Hellner L, Hoffman A 2003 Phys. Rev. B 68 195416-1
[23]	Kawarada H, Sasaki H, Sato A 1995 Phys. Rev. B 52 11351
[24]	Maier F, Riedel M, Mantel B, Ristein J, Ley L 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3472
[25]	Nebel C E, Kato H, Rezek B, Shin D, Takeuchi D, Watanabe H, Yamamoto T 2006 Diamond Relat. Mater. 15 264
[26]	Rezek B, Watanabe H, Nebel C E 2006 Appl. Phys. Lett. 88 042110

施引文献

[1]	Wang L, Ouyang X P, Fan R Y, Zhang Z B, Pan H B, Liu L Y, Lü F X, Bu B A 2008 Chin. Phys. B 17 3644
[2]	Drory M D, Hutchinson J W 1994 Science 263 1753
[3]	Zhou L, Jia X P, Ma H A, Zheng Y J, Li Y T 2008 Chin. Phys. B 17 4665
[4]	Fang W, Jiang Z G, Liang J Q, Liang Z Z, Wang W B, Zheng N 2009 Acta Phys. Sin. 58 8033 (in Chinese) [方伟、姜志刚、梁静秋、梁中翥、王维彪、郑娜 2009 物理学报 58 8033]
[5]	Yang Y N, Yan J F, Zhai C X, Zhang F C, Zhang W H, Zhang Z Y Acta Phys. Sin. (in Chinese) [杨彦宁、闫军锋、翟春雪、张富春、张威虎、张志勇物理学报](已接受)
[6]	Liu F B, Wang J D, Chen D R 2008 Acta Phys. Sin. 57 1171 (in Chinese) [刘峰斌、汪家道、陈大融 2008 物理学报 57 1171]
[7]	Garrido A J, Heimbeck T, Stutzmann M 2005 Phys. Rev. B 71 245310
[8]	Kanai C, Watanabe K, Takakuwa Y 2001 Phys. Rev. B 63 235311
[9]	Liu F B, Wang J D, Liu B, Li X M, Chen D R 2007 Diamond Relat. Mater. 16 454
[10]	Girard H A, Simon N, Ballutaud D, Rochefoucauld E L, Etcheberry A 2007 Diamond Relat. Mater. 16 888
[11]	Loh K P, Xie X N, Lim Y H, Toe E J, Zheng J C, Ando T 2002 Surf. Sci. 505 93
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[13]	Liu F B, Wang J D, Chen D R, Yan D Y 2009 Chin. Phys. B 18 2041
[14]	Maier F, Ristein J, Ley L 2001 Phys. Rev. B 64 165411
[15]	Bobrov K, Mayne A, Dujardin G 2001 Nature. 413 616
[16]	Hamza A V, Kubiak G D, Stulen R H 1990 Surf. Sci. 237 35
[17]	Yang S H, Drabold D A, Adams J B 1993 Phys. Rev. B 48 5261
[18]	Zhang Z, Wensell M, Bernholc J 1995 Phys. Rev. B 51 5291
[19]	Pehrsson P E. Mercer T W. Chaney J A 2002 Surf. Sci. 497 13
[20]	Sque S J, Jones R, Briddon P R 2006 Phys. Rev. B 73 085313
[21]	Davidson B N, Pickett W E 1994 Phys. Rev. B 49 11253
[22]	Bobrov K, Mayne A, Comtet G, Dujardin G, Hellner L, Hoffman A 2003 Phys. Rev. B 68 195416-1
[23]	Kawarada H, Sasaki H, Sato A 1995 Phys. Rev. B 52 11351
[24]	Maier F, Riedel M, Mantel B, Ristein J, Ley L 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3472
[25]	Nebel C E, Kato H, Rezek B, Shin D, Takeuchi D, Watanabe H, Yamamoto T 2006 Diamond Relat. Mater. 15 264
[26]	Rezek B, Watanabe H, Nebel C E 2006 Appl. Phys. Lett. 88 042110

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不同密度氢吸附金刚石(100)表面的微观结构

1. (1)北方工业大学机电工程学院,北京 100144; (2)清华大学摩擦学国家重点实验室,北京 100084

基金项目:

国家重点基础研究发展计划(批准号:2007CB707702)资助的课题.

收稿日期: 2009-11-15

修回日期: 2010-01-13

刊出日期: 2010-09-15

摘要: 利用基于广义梯度近似的密度泛函理论,计算了金刚石(100)表面不同氢吸附密度的平衡态几何结构和态密度.结果表明对于2×1构型,在平行和垂直表面两个方向上发生弛豫,而1×1构型仅在垂直表面方向上发生弛豫.另外,清洁2×1,2×1 ∶0.5H和1×1 ∶1.5H表面,带隙中存在空表面态;而对于1×1 ∶2H和2×1 ∶H两种表面结构,空表面态上移进入导带,带隙中不存在表面态.结合电荷密度分布,探讨了金刚石(100)不同构型和氢吸附密度表面的表面态诱发机理.

关键词:

氢吸附 /
金刚石 /
弛豫 /
表面态

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