铅基合金薄膜量子生长模式及表面偏析的第一性原理研究.pdf

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1、AdissertationsubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofdoctorFirst-principlesstudyofquantumgrowthmodeandsurfacesegregationofPb-basedalloythinfilmsByWeiguangCHENSupervisor：Prof．YuJIAOpticsSchoolofPhysicsandEngineeringOctober,2012原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个

2、人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在

3、解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：年月日中文摘要本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了不同价态金属元素掺杂对Pb薄膜稳定性的调制，以及Friedel振荡对合金表面偏析的影响。研究内容主要分为以下三个部分：1．研究了Bi元素不同掺杂浓度对Pb(111)薄膜稳定性的调制，主要得到以下几点结论：掺入Bi元素，形成“类，z型”掺杂(掺杂元素价电子数目大于Pb原子)，Pb薄膜仍能够表现出较强的量子尺寸效应，稳定性表现出奇偶振荡的规律，随着杂质浓度的增加，拍频周期逐渐增加：与未掺杂Pb薄膜相比，量子尺寸效应减弱；衬底不改变合金薄膜的双层生长模式，拍频效应仍然存在，拍频周期不变，但奇．偶转变点

4、位置发生改变。2．研究了不同价态金属元素对自由Pb(111)薄膜稳定性的调制，主要得出以下几个结论：掺杂元素种类不影响Pb(111)薄膜的双层振荡生长模式；在相同掺杂比例的情况下，量子尺寸效应只与价电子电子数目有关，与原子半径及晶格常数无关；随着掺杂金属元素价电子数目变化，拍频周期呈现出“余弦函数模式”：(1)“类订型”掺杂，五价元素符合自由电子模型，但随着价电子数目的增加，拍频周期先变大随后减小，逐渐偏离自由电子模型。(2)“类P型”掺杂，三价元素符合自由电子模型，但随着价电子数目的减少，拍频周期逐渐变大，偏离自由电子模型。(3)不符合自由电子模型的合金薄膜转变点位置存在明显相移，而符合自由

5、电子模型的则不存在相移。3．研究了Ffiedel振荡对二元合金表面偏析的影响，发现在表面层以下，基体元素的Ffiedel振荡决定各层的偏析行为：Friedel振荡会引起表面各层电荷密度增大或减小，当杂质元素价电子数目大于基体元素时，它们倾向于聚集在电荷密度增大的原子层；而杂质元素价电子数小于基体元素时，它们倾向于聚集在电荷密度减小的原子层；当杂质元素价电子数等于基体元素时，则没有偏析行为。关键词：第一性原理计算；量子尺寸效应；铅膜；合金薄膜：Friedel振荡；合金偏析AbstractFirst—principlescalculationsusingdensityfunctionaltheor

6、y(DFT)havebeenadoptedtostudythetunningeffectsofQSEandfilms’stabilityofPbultrathinfilmsbydopingmentalelementswithdifferentvalencesandtheeffectsofFriedeloscillations(FOs)onalloysurfacesegregation．Theresearchcontentsaredividedintothreepartsinthisthesis：1．TuningeffectstotheQSEandfilmstabilityofPb(11I)ul

7、trathinfilmsbydopingwithBiatomsinvariousconcentrationshavebeeninvestigated．Resultsshowthefollowingconclusions：afterdopingBiatoms，i．e．“栉-like’’doping(valencesofdopantselementlargerthanPb)，thestrongQSEo