论文摘要
随着量子力学理论和计算技术的发展以及计算机性能的飞速提高,运用计算机模拟方法对材料结构和特性的研究广泛地开展起来。而原子间的相互作用势决定了体系的微观结构和物理、化学性质,是所有原子水平上的计算机模拟的基础,固体材料中存在着大量的近乎无限的原子和电子,这些原子和电子之间存在着相互作用,由于物质系统的复杂性以及原子间相互作用类型的不同,很难得到满足各种不同体系和物质的一般性而又精度较高的势函数。因此,在一定的物理模型的基础上发展相应的原子间相互作用势,进而研究材料的性质和不同状态下的行为,已经成为材料研究中一种必要的研究手段。Ti-Si-N纳米复合薄膜制备工艺简单,并以其较高的强度和耐磨、耐腐蚀性能受到越来越多研究者的关注,努力得到更精确的原子间的相互作用势成为Ti-Si-N薄膜材料计算机仿真研究中的关键。第一原理方法不含有可调节的经验参数,能够通过求解薛定谔（Schr?dinger）方程得到材料的电子结构,在计算材料学中占有其他计算方法所无法取代的地位。通过第一原理计算可以预测材料的组分、结构与性能,设计具有特定性能的新材料,很多时候甚至可以模拟实验无法实现的工作。目前,随着研究对象的尺寸越来越小,尤其是纳米尺寸材料的兴起,使得运用第一原理方法得到的计算结果与实验数据直接进行比较成为可能。本文先后基于第一原理方法和简单对势（Morse势）,计算了单原子Ti、Si、N在TiN（001）吸附表面的吸附能与激活能,对比发现二者的计算结果存在一定的误差,然后调节Morse势函数中的参数值重新进行计算,并试图寻找能量随参数变化的规律,直至采用Morse势的计算结果能够很好的拟合第一原理计算结果。然后将优化后的Morse势函数应用到单原子在TiN（001）吸附表面“绕岛”、“沿岛”、“下岛”以及双原子在TiN（001）表面迁移的模型当中,观察粒子的迁移路径,并与第一原理计算结果做比较,反过来验证参数拟合的合理性。通过对结果的比较发现,虽然利用优化后的参数计算单原子在表面的吸附特性比默认的经验参数值更接近第一原理的结果,但是将其应用到含有“岛”的表面模型里,仍然存在较大误差,针对这一问题,考虑单独在有“岛”的情况下重新进行拟合,并采用两组参数值的Morse势来分别描述粒子在不同类型表面的吸附特性。