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用紧束缚下的Muffin-tin轨道线性组合(TB-LMTO)方法,采用超级原胞模型,在覆盖度为0.5ML时,对Ag、Mg在Si(001)-(2×1)表面化学吸附的电子结构和性质进行了研究。
在研究Ag在Si(001)-(2×1)表面的化学吸附时,计算中所取的超级原胞模型如下:选取一个2×1的表面超原胞,用十三个Si原子层来模拟基底,在基底两边各吸附0.5ML的Ag原子,同时包含相当于五个原子层厚度的真空层,且模型具有镜面对称性。用增加基底厚度的办法与该模型作对比,结果表明所取模型是合理的。通过对Ag原子在六种不同吸附位置总能Etot的计算,我们发现Ag原子在吸附面上方的cave位吸附最稳定,在Si表面处不存在势垒。因此,在Ag/Si(001)界面处不存在Ag-Si混合层,Ag/Si(001)界面为突变界面。由于Ag的吸附,清洁表面的LPDOS有轻微的降低,其原因是表面层Si原子的悬挂键被Ag原子部分饱和,Ag原子与表面Si原子之间的反应主要是由于Ag4d10态与Si3p2态成键,其余态成键较弱。与同为贵金属一族Au在Si(001)表面的吸附相比,Ag和Si之间的反应比Au和Si之间的反应弱。
对于Mg在Si(001)-(2×1)表面化学吸附的研究,在计算中所取的模型与Ag在Si(001)-(2×1)表面的化学吸附时的相似,选取一个2×1的表面超原胞,用13个Si原子层模拟基底,在基底两边各吸附0.5ML的Mg原子,同时包含相当于5个原子层厚度的真空层,模型具有镜面对称性。用增加基底厚度的办法与该模型作对比,结果表明所取模型是合理的。通过对Mg原子在五种不同吸附位置总能Etot的计算,我们发现Mg原子在吸附面上方的cave位吸附最稳定,同时在吸附面上方还存在一个亚稳位置shallow位。当Mg在cave位吸附时从被吸附的Mg原子转移到基底的电子数,多于Mg在shallow位吸附时转移的电子数。Mg在cave位吸附后表面层的LPDOS比Mg在shallow位吸附后变化明显,这是由于cave位Mg-Si之间的相互作用比shallow位的强。从上面的讨论,我们可以断定覆盖度为0.5ML时,Mg原子在Si(001)-(2×1)表面最稳定的吸附位置是cave位,也可能有少量Mg原子吸附在亚稳位置shallow位,得到与实验相一致的结论。同时,吸附层Mg原子与表面层Si原子产生相互作用,使Si原子的悬挂键部分被饱和,这主要是Mg3s2态与Si3p2态成键,Mg3s2态与Si3s2态的键合较弱。