CALYSPO表面吸附和界面结构预测方法及应用
本文关键词：CALYSPO表面吸附和界面结构预测方法及应用 出处：《吉林大学》2017年博士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：近年来随着微电子器件向微型化趋势发展,吸附和界面效应对器件性能的影响更加突出,因此吸附和界面研究已经成为当前物理和材料研究领域的热点课题。众所周知,材料的微观结构是决定其宏观性质的最基本信息。只有确定了微观结构,才能在更深层次上理解和优化材料性能。但由于吸附与界面均处于化学环境剧烈变化区域,导致其微观结构极为复杂,因此确定其微观结构是一个极具挑战的课题。本论文基于课题组前期发展的CALYPSO结构预测方法,综合考虑表面吸附及界面结构的特点,发展了表面吸附及界面结构预测新方法,并成功应用于若干低维材料的结构研究中,获得如下创新性的研究成果:1.为了减小势能面搜索空间,提高搜索效率和全局搜索能力,综合考虑表面吸附结构的特点,引入了固定吸附点技术,对称性、原子间最小距离限制和限域粒子群优化算法等结构处理技术,发展了表面吸附结构搜索方法和程序,集成到课题组前期开发的CALYPSO软件包中。该方法和程序的有效性已经在若干吸附体系(如氢和氧化石墨烯表面等)的测试中得到了检验。特别是利用该方法预测了单侧氢吸附石墨烯表面的能量稳定构型,获得了带隙随氢吸附浓度变化的关系,为调控石墨烯带隙提供了新思路。2.金属锆表面的氧化一直是核材料研究领域的焦点课题,然而现有锆(0001)表面氧化结构模型的功函数随着氧吸附浓度的变化趋势与实验数据存在较大的差别。本论文利用自主发展的CALYPSO表面吸附结构搜索方法,系统研究了氧吸附在锆(0001)表面上的结构,预测出了一类能量更稳定的构型。理论计算发现新结构模型的功函数随着氧吸附浓度的变化趋势与实验数据相符合,表明该结构是实验结构的最佳候选。我们的研究为金属表面氧化体系提供了新的结构原型。3.针对界面势能面的复杂性,界面结构的低对称性,结构稳定性易受界面处晶格匹配度影响等难题,本论文引入了晶格匹配的快速搜索,配位数和原子间键长限制的晶体生长,以及限制性二维粒子群优化算法等结构处理技术,发展了CALYPSO界面结构搜索方法。利用该方法成功搜索到了石墨烯armchair-zigzag晶界及二氧化钛金红石相(112)孪晶界的稳定结构,证明了其有效性。采用该方法预测出了具有不同氧缺陷浓度金红石相(210)孪晶界的稳定结构,获得带隙随氧缺陷浓度变化的关系,为调控二氧化钛带隙,提高其光吸收效率提供了一种有效的手段。
[Abstract]:In recent years , with the development of micro - electronic devices to microminiaturization , adsorption and interfacial effects have become a hot topic in the field of physical and material research .
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O647.3
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，本文编号：1356446
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