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固体表面吸附原子岛扩散行为的研究是表面科学领域的一个重要组成部分,它是研究薄膜岛状生长的基础,并对有效控制表面及表面重构有重要意义。
本文主要研究固体表面原子岛的扩散机制,分析了其稳定性问题。针对Ag、Cu体系,本文采用分子动力学方法模拟了双层原子岛在同质fcc(111)表面扩散的动力学演化行为,均发现当最上层原子岛的原子位于次层原子岛的中间时,几乎没有扩散现象发生,只有当上层原子岛运动到下层原子岛边缘处时,上层原子才快速向下层扩散,其扩散机制主要是双原子交换过程,约占90%,其次为跳跃机制过程,约占10%。本文在Ag、Cu体系中均发现了上层原子岛“drag”一个下层岛原子到上层岛的“dragging”现象,以及已经扩散到下层的上层岛原子被“drag”回上层岛的“reattachment”现象。统计比较两个体系发现在Ag体系中发生这两种现象的几率均大于Cu体系,并且使得Ag体系的上层原子易形成一个具有稳定结构的六边形原子岛,由于该原子岛一旦形成便不易解离,将引起Ag上层岛原子扩散速率的降低。为了理解上述现象,本文又计算了表面吸附原子发生双原子交换过程、跳跃机制以及dragging”现象所需克服的势垒。计算结果表明吸附原子的扩散势垒与其所在表面所属台阶类型有关;Ag原子在交换机制和跳跃机制下扩散需克服的势垒分别是0.64eV和0.93eV,相应的Cu原子在交换机制和跳跃机制下分别为0.86eV和0.87eV。比较发现在Cu、Ag体系中表面吸附原子通过交换机制扩散均比其通过跳跃机制克服的势垒要低,正是因此在本文的动力学模拟中双原子交换机制在上层原子岛扩散过程中占绝对优势。