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铯原子在Cu(001)薄膜上吸附的第一性原理计算:表面化学活性的量子尺寸效应

已有 4899 次阅读 2007-9-23 16:34 |个人分类:科研报告

    当金属薄膜的厚度达到纳米尺寸时,会发生量子尺寸效应。这是由于电子的运动被限制在薄膜内,引起垂直于表面方向的能带结构发生劈裂产生量子阱态。量子阱态会导致材料物理性质大的改变,近年来一直是材料领域研究的热点对象。如在实验上已发现的金属膜的量子生长和金属膜的厚度不稳定性均与量子阱态相关。(厚度变化的)非磁性材料层隔开的两个磁性材料层间的磁交换耦合作用的量子振荡现象和巨磁阻现象也与量子阱态有直接的联系。此外,随着薄膜厚度的变化量子阱态还会引起电-声耦合作用的量子振荡,从而影响到超导态的转变温度。基于上述背景,我们最近对清洁及表面吸附的Cu(001)薄膜的量子尺寸效应展开了系统的第一性原理计算。详细讨论了对应于布利渊区内一定极值点的量子阱态,给出了Cu(001)薄膜的电子结构、表面能、电子功函数、层间弛豫等物理量随厚度变化关系,详细讨论了对应于布利渊区内一定极值点的量子阱态。同时我们也讨论了原子铯在Cu(001) 表面的吸附性质,给出了吸附能及局域电子态密度随铜薄膜层厚的变化关系,体现了铜薄膜的量子尺寸效应。我们的研究发现,贵金属量子薄膜表面的化学活性会呈现出复杂的多周期振荡行为,其根源在于贵金属费米面特有的“脖子”轨道和“肚子”轨道的量子干涉。

    全文参见:B. Sun, P. Zhang, S. Duan, X.-G. Zhao, and Q.-K. Xue, Phys. Rev. B 75, 245422 (2007).



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