近十年来,受到金属薄膜和金属纳米棒潜在应用的推动,金属生长成为实验和理论研究的重要内容。人们对金属生长过程的研究发现,台阶势垒对金属薄膜和纳米棒的生长起到极其重要的作用,特别地,台阶从单层到多层的层数变化会引起金属薄膜和纳米棒生长过程中形貌的变化。这就表明,可以通过控制台阶势垒来调控金属薄膜和纳米棒的生长。正是为了实现这一目标,台阶势垒的研究受到了人们广泛的关注和重视。首先,为了从理论上计算研究几种金属在台阶上的扩散势垒,本论文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算和Climbing Image-Nudged Elastic Band(CI-NEB)相结合的方法。并且在进行计算之前,通过已有的计算结果来了解金属(111)面台阶势垒的计算。比如,在Cu(111)面上,存在<110>/{111}的A型台阶和<110>/{100}的B型台阶,当单个Cu扩散原子在这两种类型台阶上扩散时也会通过交换机制或跳跃机制来进行扩散,随着这两种类型台阶的层数从单层和变化为多层时,台阶势垒也从二维台阶势垒变为三维台阶势垒。再者,为了得到几种金属的台阶势垒,本论文中先使用的Vienna Ab-inito Simulation Package(VASP)软件包对几种金属的晶格常数进行优化,建立表面台阶模型,计算得出Al金属的晶格常数为4.049?,Ag金属的晶格常数为4.149?,Pt金属的晶格常数为3.967?。此外,由于考虑到单个的金属扩散原子会从金属(111)面上的fcc位或者hcp位开始穿过A型台阶或者B型台阶向更低的一层原子层扩散,所以本论文计算了单个金属扩散原子在不同路径上的扩散势垒。在本论文在计算Al(111)面台阶势垒时涉及到了跳跃机制和交换机制这两种扩散的方式,但是Ag(111)面和Pt(111)面上台阶势垒的计算只涉及到了交换机制。最后,计算得到通过交换机制,在Al(111)表面上,A型台阶上的二维Ehrilich-Schwoebel(ES)势垒和三维ES势垒分别为0.069 e V和0.15 e V,B型台阶上的二维ES势垒和三维ES势垒分别为0.07 e V和0.31 e V。在Ag(111)表面上,A型台阶上的二维ES势垒和三维ES势垒分别为0.32 e V和0.24e V,B型台阶上的二维ES势垒和三维ES势垒为0.159 e V和0.339 e V。在Pt(111)表面上,A型台阶上的二维ES势垒和三维ES势垒分别为0.39 e V和0.35 e V,B型台阶上的二维ES势垒和三维ES势垒分别为0.80e V和0.97 e V。