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Ni(111)表面C原子吸附的密度泛函研究

袁健美 郝文平 李顺辉 毛宇亮

Ni(111)表面C原子吸附的密度泛函研究

袁健美, 郝文平, 李顺辉, 毛宇亮
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  • 基于密度泛函理论的第一性原理计算,对过渡金属Ni晶体与Ni (111)表面的结构和电子性质进行了研究, 并探讨了单个C原子在过渡金属Ni (111)表面的吸附以及两个C原子在Ni(111)表面的共吸附. 能带和态密度计算表明, Ni晶体及Ni (111)表面在费米面处均存在显著的电子自旋极化. 通过比较Ni (111)表面各位点的吸附能,发现单个C原子在该表面最稳定的吸附位置为第二层Ni原子上方所在的六角密排洞位, 吸附的第二个C原子与它形成碳二聚物时最稳定吸附位为第三层Ni原子上方所在的面心立方洞位. 电荷分析表明,共吸附时从每个C原子上各有1.566e电荷转移至相邻的Ni原子, 与单个C原子吸附时C与Ni原子间的电荷转移量(1.68e)相当. 计算发现两个C原子共吸附时在六角密排洞位和面心立方洞位的磁矩分别为0.059B和 0.060B,其值略大于单个C原子吸附时所具有的磁矩(0.017B).
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11004166, 11101346)、 湖南省教育厅科学研究基金(批准号: 11B126, 10A117)和信息光子学与光通信国家重点实验室基金资助的课题.
    [1]

    Dong Y F, Feng Y P, Wang S J, Huan A C H 2005 Phys. Rev. B 72 045327

    [2]

    Hofmann S, Csányi G, Ferrari A C, Payne M C, Robertson J 2005 Phys. Rev. Lett. 95 36101

    [3]

    Hata K, Futaba D N, Mizuno K, Namai T, Yumura M, Iijima S 2004 Science 306 1362

    [4]

    Helveg S, López-Cartes C, Sehested J, Hansen P L, Clausen B S, Rostrup-Nielsen J R, Abild-Pedersen F, N{orskov J K 2004 Nature 427 426

    [5]

    Gavillet J, Loiseau A, Journet C, Willaime F, Ducastelle F, Charlier J C 2001 Phys. Rev. Lett. 87 275504

    [6]

    Amara H, Bichara C, Ducastelle F 2006 Phys. Rev. B 73 113404

    [7]

    Raty J Y, Gygi F, Galli G 2005 Phys. Rev. Lett. 95 096103

    [8]

    Yuan J M, Huang Y Q 2009 J. Mol. Struct. Theochem. 915 63

    [9]

    Yuan J M, Huang Y Q 2010 J. Mol. Struct. Theochem. 942 88

    [10]

    Yu Q K, Lian J, Siriponglert S, Li H, Chen Y P, Pei S S 2008 Appl. Phys. Lett. 93 113103

    [11]

    Li X, Zhu Y, Cai W, Borysiak M, Han B, Chen D, Piner R D, Colombo L, Ruoff R S 2009 Nano Lett. 9 4359

    [12]

    Varykhalov A, Sanchez-Barriga J, Shikin A M, Biswas C, Vescovo E, Rybkin A, Marchenko D, Rader O 2008 Phys. Rev. Lett. 101 157601

    [13]

    Usachov D, Dobrotvorskii A M, Varykhalov A, Rader O, Gudat W, Shikin A M, Adamchuk V K 2008 Phys. Rev. B 78 085403

    [14]

    He P L, Mao Y L, Sun L Z, Zhong J X 2010 J. Comput. Theor. Nanosci. 7 2063

    [15]

    Xu G G, Wu Q Y, Zhang J M, Chen Z G, Huang Z G 2009 Acta Phys. Sin. 58 1924 (in Chinese) [许桂贵, 吴青云, 张健敏, 陈志高, 黄志高 2009 物理学报 58 1924]

    [16]

    Liu Y L, Kong F J, Yang B W, Jiang G 2007 Acta Phys. Sin. 56 5413 (in Chinese) [刘以良, 孔凡杰, 杨缤维, 蒋刚 2007 物理学报 56 5413]

    [17]

    Dong C Q, An L, Yang Y P 2010 Renew. Energy Resour. 28 66 (in Chinese) [董长青, 安璐, 杨勇平 2010 可再生能源 28 66]

    [18]

    Sawada K, Ishii F, Saito M 2010 Phys. Rev. B 82 245426

    [19]

    Kresse G, Hafner J 1994 Phys. Rev. B 49 14251

    [20]

    Kresse G, Joubert D 1999 Phys. Rev. B 59 1758

    [21]

    Vanin M, Mortensen J J, Kelkkanen A K, Garcia-Lastra J M, Thygesen K S, Jacobsen K W 2010 Phys. Rev. B 81 081408

    [22]

    Fuentes-Cabrera M, Baskes M I, Melechko A V, Simpson M L 2008 Phys. Rev. B 77 035405

    [23]

    Perdew J 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [24]

    Methfessel M, Paxton A T 1989 Phys. Rev. B 40 3616

    [25]

    Hodges L, Ehrenreich H, Lang N D 1966 Phys. Rev. 152 505

    [26]

    Mao Y L, Yuan J M, Zhong J X 2008 J. Phys.: Condens. Matter 20 115209

    [27]

    Zhao X X, Tao X M, Chen W B, Chen X, Shang X F, Tan M Q 2006 Acta Phys. Sin. 55 3629 (in Chinese) [赵新新, 陶向明, 陈文彬, 陈鑫, 尚学府, 谭明秋 2006 物理学报 55 3629]

    [28]

    Yang S, Garrison K, Bartynski R A 1991 Phys. Rev. B 43 2025

    [29]

    Tersoff J, Falicov L M 1982 Phys. Rev. B 26 6186

    [30]

    Klinke II D J, Wilke S, Broadbelt L J 1998 J. Catal. 178 540

    [31]

    Burghgraef H, Jansen A P J, van Santen R A 1995 Surf. Sci. 324 345

    [32]

    Zhang Q M, Wells J C, Gong X G, Zhang Z Y 2004 Phys. Rev. B 69 205413

    [33]

    Amara H, Bichara C, Ducastelle F 2006 Phys. Rev. B 73 113404

    [34]

    Shin Y H, Hong S 2008 Appl. Phys. Lett. 92 043103

  • [1]

    Dong Y F, Feng Y P, Wang S J, Huan A C H 2005 Phys. Rev. B 72 045327

    [2]

    Hofmann S, Csányi G, Ferrari A C, Payne M C, Robertson J 2005 Phys. Rev. Lett. 95 36101

    [3]

    Hata K, Futaba D N, Mizuno K, Namai T, Yumura M, Iijima S 2004 Science 306 1362

    [4]

    Helveg S, López-Cartes C, Sehested J, Hansen P L, Clausen B S, Rostrup-Nielsen J R, Abild-Pedersen F, N{orskov J K 2004 Nature 427 426

    [5]

    Gavillet J, Loiseau A, Journet C, Willaime F, Ducastelle F, Charlier J C 2001 Phys. Rev. Lett. 87 275504

    [6]

    Amara H, Bichara C, Ducastelle F 2006 Phys. Rev. B 73 113404

    [7]

    Raty J Y, Gygi F, Galli G 2005 Phys. Rev. Lett. 95 096103

    [8]

    Yuan J M, Huang Y Q 2009 J. Mol. Struct. Theochem. 915 63

    [9]

    Yuan J M, Huang Y Q 2010 J. Mol. Struct. Theochem. 942 88

    [10]

    Yu Q K, Lian J, Siriponglert S, Li H, Chen Y P, Pei S S 2008 Appl. Phys. Lett. 93 113103

    [11]

    Li X, Zhu Y, Cai W, Borysiak M, Han B, Chen D, Piner R D, Colombo L, Ruoff R S 2009 Nano Lett. 9 4359

    [12]

    Varykhalov A, Sanchez-Barriga J, Shikin A M, Biswas C, Vescovo E, Rybkin A, Marchenko D, Rader O 2008 Phys. Rev. Lett. 101 157601

    [13]

    Usachov D, Dobrotvorskii A M, Varykhalov A, Rader O, Gudat W, Shikin A M, Adamchuk V K 2008 Phys. Rev. B 78 085403

    [14]

    He P L, Mao Y L, Sun L Z, Zhong J X 2010 J. Comput. Theor. Nanosci. 7 2063

    [15]

    Xu G G, Wu Q Y, Zhang J M, Chen Z G, Huang Z G 2009 Acta Phys. Sin. 58 1924 (in Chinese) [许桂贵, 吴青云, 张健敏, 陈志高, 黄志高 2009 物理学报 58 1924]

    [16]

    Liu Y L, Kong F J, Yang B W, Jiang G 2007 Acta Phys. Sin. 56 5413 (in Chinese) [刘以良, 孔凡杰, 杨缤维, 蒋刚 2007 物理学报 56 5413]

    [17]

    Dong C Q, An L, Yang Y P 2010 Renew. Energy Resour. 28 66 (in Chinese) [董长青, 安璐, 杨勇平 2010 可再生能源 28 66]

    [18]

    Sawada K, Ishii F, Saito M 2010 Phys. Rev. B 82 245426

    [19]

    Kresse G, Hafner J 1994 Phys. Rev. B 49 14251

    [20]

    Kresse G, Joubert D 1999 Phys. Rev. B 59 1758

    [21]

    Vanin M, Mortensen J J, Kelkkanen A K, Garcia-Lastra J M, Thygesen K S, Jacobsen K W 2010 Phys. Rev. B 81 081408

    [22]

    Fuentes-Cabrera M, Baskes M I, Melechko A V, Simpson M L 2008 Phys. Rev. B 77 035405

    [23]

    Perdew J 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [24]

    Methfessel M, Paxton A T 1989 Phys. Rev. B 40 3616

    [25]

    Hodges L, Ehrenreich H, Lang N D 1966 Phys. Rev. 152 505

    [26]

    Mao Y L, Yuan J M, Zhong J X 2008 J. Phys.: Condens. Matter 20 115209

    [27]

    Zhao X X, Tao X M, Chen W B, Chen X, Shang X F, Tan M Q 2006 Acta Phys. Sin. 55 3629 (in Chinese) [赵新新, 陶向明, 陈文彬, 陈鑫, 尚学府, 谭明秋 2006 物理学报 55 3629]

    [28]

    Yang S, Garrison K, Bartynski R A 1991 Phys. Rev. B 43 2025

    [29]

    Tersoff J, Falicov L M 1982 Phys. Rev. B 26 6186

    [30]

    Klinke II D J, Wilke S, Broadbelt L J 1998 J. Catal. 178 540

    [31]

    Burghgraef H, Jansen A P J, van Santen R A 1995 Surf. Sci. 324 345

    [32]

    Zhang Q M, Wells J C, Gong X G, Zhang Z Y 2004 Phys. Rev. B 69 205413

    [33]

    Amara H, Bichara C, Ducastelle F 2006 Phys. Rev. B 73 113404

    [34]

    Shin Y H, Hong S 2008 Appl. Phys. Lett. 92 043103

  • [1] 唐春梅, 郭微, 朱卫华, 刘明熠, 张爱梅, 巩江峰, 王辉. 内掺过渡金属非典型富勒烯M@C22(M=Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) 几何结构、电子结构、稳定性和磁性的密度泛函研究. 物理学报, 2012, 61(2): 026101. doi: 10.7498/aps.61.026101
    [2] 曹青松, 袁勇波, 肖传云, 陆瑞锋, 阚二军, 邓开明. C80H80几何结构和电子性质的密度泛函研究. 物理学报, 2012, 61(10): 106101. doi: 10.7498/aps.61.106101
    [3] 贺艳斌, 贾建峰, 武海顺. N2H4在NiFe(111)合金表面吸附稳定性和电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(20): 203101. doi: 10.7498/aps.64.203101
    [4] 曹青松, 邓开明. X@C20F20(X=He,Ne,Ar,Kr)几何结构和 电子结构的理论研究. 物理学报, 2016, 65(5): 056102. doi: 10.7498/aps.65.056102
    [5] 曾振华, 邓辉球, 李微雪, 胡望宇. O在Au(111)表面吸附的密度泛函理论研究. 物理学报, 2006, 55(6): 3157-3164. doi: 10.7498/aps.55.3157
    [6] 唐春梅, 朱卫华, 邓开明. 内掺过渡金属富勒烯衍生物Ni@C20H20几何结构、成键和电磁性质的密度泛函计算研究. 物理学报, 2009, 58(7): 4567-4572. doi: 10.7498/aps.58.4567
    [7] 陈亮, 徐灿, 张小芳. 氧化镁纳米管团簇电子结构的密度泛函研究. 物理学报, 2009, 58(3): 1603-1607. doi: 10.7498/aps.58.1603
    [8] 林峰, 郑法伟, 欧阳方平. H2O在SrTiO3-(001)TiO2表面上吸附和解离的密度泛函理论研究. 物理学报, 2009, 58(13): 193-S198. doi: 10.7498/aps.58.193
    [9] 易勇, 丁志杰, 李恺, 唐永建, 罗江山. Ni4NdB电子结构和磁性能第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(9): 097503. doi: 10.7498/aps.60.097503
    [10] 蒙大桥, 罗文华, 李赣, 陈虎翅. Pu(100)表面吸附CO2的密度泛函研究. 物理学报, 2009, 58(12): 8224-8229. doi: 10.7498/aps.58.8224
    [11] 张凤春, 李春福, 张丛雷, 冉曾令. H2S, HS自由基以及S原子在Fe(111)表面吸附的密度泛函研究. 物理学报, 2014, 63(12): 127101. doi: 10.7498/aps.63.127101
    [12] 张蓓, 保安, 陈楚, 张军. ConCm(n=15; m=1,2)团簇的密度泛函理论研究. 物理学报, 2012, 61(15): 153601. doi: 10.7498/aps.61.153601
    [13] 高虹, 朱卫华, 唐春梅, 耿芳芳, 姚长达, 徐云玲, 邓开明. 内掺氮富勒烯N2@C60的几何结构和电子性质的密度泛函计算研究. 物理学报, 2010, 59(3): 1707-1711. doi: 10.7498/aps.59.1707
    [14] 孙建敏, 赵高峰, 王献伟, 杨雯, 刘岩, 王渊旭. Cu吸附(SiO3)n(n=1—8)团簇几何结构和电子性质的密度泛函研究. 物理学报, 2010, 59(11): 7830-7837. doi: 10.7498/aps.59.7830
    [15] 张秀荣, 吴礼清, 饶倩. (OsnN)0,(n=16)团簇电子结构与光谱性质的理论研究. 物理学报, 2011, 60(8): 083601. doi: 10.7498/aps.60.083601
    [16] 张秀荣, 高从花, 吴礼清, 唐会帅. WnNim(n+m≤7; m=1, 2)团簇电子结构与光谱性质的理论研究. 物理学报, 2010, 59(8): 5429-5438. doi: 10.7498/aps.59.5429
    [17] 罗强, 杨恒, 郭平, 赵建飞. N型甲烷水合物结构和电子性质的密度泛函理论计算. 物理学报, 2019, 68(16): 169101. doi: 10.7498/aps.68.20182230
    [18] 杨培芳, 胡娟梅, 滕波涛, 吴锋民, 蒋仕宇. Rh在单壁碳纳米管上吸附的密度泛函理论研究. 物理学报, 2009, 58(5): 3331-3337. doi: 10.7498/aps.58.3331
    [19] 金蓉, 谌晓洪. 密度泛函理论对ZrnPd团簇结构和性质的研究. 物理学报, 2010, 59(10): 6955-6962. doi: 10.7498/aps.59.6955
    [20] 张建军, 张红. Al吸附在Pt, Ir和Au的(111)面的低覆盖度研究. 物理学报, 2010, 59(6): 4143-4149. doi: 10.7498/aps.59.4143
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-04-27
  • 修回日期:  2012-04-28
  • 刊出日期:  2012-04-20

Ni(111)表面C原子吸附的密度泛函研究

  • 1. 湘潭大学数学与计算科学学院, 湘潭 411105;
  • 2. 湘潭大学材料与光电物理学院, 湘潭 411105
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11004166, 11101346)、 湖南省教育厅科学研究基金(批准号: 11B126, 10A117)和信息光子学与光通信国家重点实验室基金资助的课题.

摘要: 基于密度泛函理论的第一性原理计算,对过渡金属Ni晶体与Ni (111)表面的结构和电子性质进行了研究, 并探讨了单个C原子在过渡金属Ni (111)表面的吸附以及两个C原子在Ni(111)表面的共吸附. 能带和态密度计算表明, Ni晶体及Ni (111)表面在费米面处均存在显著的电子自旋极化. 通过比较Ni (111)表面各位点的吸附能,发现单个C原子在该表面最稳定的吸附位置为第二层Ni原子上方所在的六角密排洞位, 吸附的第二个C原子与它形成碳二聚物时最稳定吸附位为第三层Ni原子上方所在的面心立方洞位. 电荷分析表明,共吸附时从每个C原子上各有1.566e电荷转移至相邻的Ni原子, 与单个C原子吸附时C与Ni原子间的电荷转移量(1.68e)相当. 计算发现两个C原子共吸附时在六角密排洞位和面心立方洞位的磁矩分别为0.059B和 0.060B,其值略大于单个C原子吸附时所具有的磁矩(0.017B).

English Abstract

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