MgF2表面结构稳定性及Ta在其表面吸附的密度泛函研究

论文摘要

MgF2晶体具有硬度高、热稳定性好、折射率低、在紫外、可见及红外光范围有较高的透过率、低吸收以及较宽的带隙等特点,被广泛用于各种光学薄膜以及多层膜结构的设计与开发。由于多层膜结构中多层膜的界面结构对光学特性会产生影响,因此开展多层膜界面结构的研究具有重要意义。本文选取MgF2表面结构进行了原子层次的研究,目前来看MgF2块体结构、热稳定性和化学键特性的实验和理论研究较多,对其表面结构稳定性和影响原因尚不清楚,因此从原子层次上对其进行模拟并加以解释显的尤为重要。由于多层膜结构中原子间的互扩散导致界面处形成一个过渡区从而对光学性质,特别是带隙宽度产生影响,因此还对某些原子在MgF2表面的吸附性能进行了研究。研究内容如下：(1)基于第一性原理赝势平面波方法研究了MgF2四种低指数表面的结构稳定性,计算了它们的总能量、表面能,从能量角度比较了MgF2四种低指数表面的稳定性情况,并通过电荷密度和态密度从理论上解释了造成MgF2表面稳定性差异的原因。研究结果表明：四种表面稳定性由强到弱依次为：(110)、(011)、(010)、(001)。体相费米能级附近的态密度主要来自F 2p态的贡献,同时新表面态的产生也主要来自于表层F原子2p轨道的影响。(110)表面费米能级附近有较多的成键电子处于低能级区,表面活性较小,是造成其稳定性较高的原因。电荷密度与体相的相比,表面上F离子周围的电荷向表面处转移,使表面显电负性、活性增加。(2)本文还构建了Ta在MgF2(110)面吸附的结构模型并进行了几何优化,发现吸附模型在结构上是较稳定的。从吸附能角度给出了Ta在MgF2(110)面不同位置吸附的难易程度,得到最易吸附的位置,并从电子角度进行了解释。结果表明：Ta在MgF2(110)面吸附时为化学吸附,优先吸附在F原子的顶位上。电荷密度显示Ta吸附在MgF2(110)面上后,Ta原子周围电荷向F原子转移。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 2晶体的应用背景'>1.2 MgF₂晶体的应用背景
• 2晶体的性质'>1.2.1 MgF₂晶体的性质
• 2晶体的应用和研究现状'>1.2.2 MgF₂晶体的应用和研究现状
• 2晶体理论方面的研究'>1.2.3 MgF₂晶体理论方面的研究
• 1.3 课题的提出及意义
• 第二章 理论计算方法与公式
• 2.1 密度泛函理论（DFT）
• 2.1.1 三大近似
• 2.1.2 Hohenberg-Kohn定理
• 2.1.3 Kohn-Sham方程
• 2.1.4 交换关联函
• 2.1.5 赝势理论
• 2.2 表面结构及吸附的计算
• 2.2.1 表面结构的搭建
• 2.2.2 表面能计算公式
• 2.2.3 吸附能计算公式
• 2表面的结构稳定性及电子特性'>第三章 MgF₂表面的结构稳定性及电子特性
• 3.1 引言
• 2表面结构和计算方法'>3.2 MgF₂表面结构和计算方法
• 2表面结构'>3.2.1 MgF₂表面结构
• 3.2.2 计算参数的设置
• 2表面稳定性的研究'>3.3 MgF₂表面稳定性的研究
• 2晶胞的结构优化'>3.3.1 MgF₂晶胞的结构优化
• 2表面的热力学性质'>3.3.2 MgF₂表面的热力学性质
• 2的电子特性'>3.3.3 MgF₂的电子特性
• 3.4 结论
• 2（110）面的吸附'>第四章 Ta在MgF₂（110）面的吸附
• 4.1 引言
• 2（110）面的吸附结构与计算方法'>4.2 Ta在MgF₂（110）面的吸附结构与计算方法
• 4.2.1 计算方法
• 2（110）面的吸附结构'>4.2.2 Ta在MgF₂（110）面的吸附结构
• 2（110）面吸附的稳定性研究'>4.3 Ta在MgF₂（110）面吸附的稳定性研究
• 2（110）面吸附结构的热力学性质'>4.3.1 Ta在MgF₂（110）面吸附结构的热力学性质
• 2（110）面吸附结构的电子特性'>4.3.2 Ta在MgF₂（110）面吸附结构的电子特性
• 4.4 结论
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文