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纳米团簇外延生长已应用于合成具有特殊的光、电、磁以及力学性质的纳米薄膜。近年来,实现可控制生长,使合成的薄膜具有团簇的特定结构,成为人们关注的焦点。应用Ar缓冲层实现辅助沉积已成为团簇结构无碎裂沉积的最有前途的方法之一。本论文用分子动力学方法研究了Cu团簇沉积在Ar衬底上和Cu团簇沉积在具有Ar缓冲层的Cu(111)表面上的动力学过程和沉积团簇的结构特征,Cu-Cu、Ar-Ar及Ar-Cu原子之间的相互作用分别由Finnis-Sinclain紧束缚多体势、L-J势及由H.-P.Cheng提出一种对势描述。
我们首先研究具有正八面体对称性的Cu6团簇沉积在Ar(111)衬底后的结构特征。发现在入射能量在20eV/atom以下时,Cu6基本能够保持其原有对称性结构,而以此能量入射到Cu衬底时,团簇则完全散开。当团簇沉积在Ar衬底时,团簇首先膨胀,失去原有结构,接着又收缩,重新恢复自由团簇的结构,其间,原子的相对位置发生了改变。结果表明,Ar衬底的影响,即Ar-Ar和Ar-Cu原子间的相互作用对于团簇结构的保持起到了至关重要的作用。
在此基础上,我们又研究具有二十面体对称性的Cu13沉积在有Ar缓冲层的Cu(111)表面的动力学过程和沉积团簇的结构特征,并与没有Ar缓冲层的表面沉积进行了比较。当入射能量为2-3eV/atom时,有Ar层辅助沉积时,具有Ih对称性的Cu团簇可以保持原有的对称性。而没有Ar层辅助沉积,团簇则会失去了原有的对称性,并重新结晶,最终其结构与Cu衬底的fcc结构类似。Ar所起到的作用类似于海绵,耗散大部分的入射能量,同时防止团簇过热。此外,Ar-Ar以及Ar-Cu之间的相互作用也起到了约束团簇的作用。我们还计算了沉积后团簇原子的横向发散,表明有Ar层辅助较没有Ar层时,原子间的横向发散下降了20%,这与实验的结果基本一致。