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Theoretical study of ZnO adsorption and bonding on Al_2O_3(0001) surface

science china(Physics,Mechanics & Astronomy) 2004年第6期47卷 664-675页

作者： li yanrong1,yang chun1,2,xue weidong1,li jinshan3 & liu yonghua3 1.institute of microelectronics and solid state electronics,university of electronic science and technol- ogy of china,chengdu 610054,china 2.institute of Mathematics and Software science,Sichuan Normal university,chengdu 610068,china 3.institute of Chemical Materials,china Academy of Engineering Physics,Mianyang 621000,china institute of microelectronics and solid state electronics University of Electronic Science and Technology of China Chengdu 610054 China institute of Mathematics and Software science Sichuan Normal University Chengdu 610068 China institute of Chemical Materials China Academy of Engineering Physics Mianyang 621000 China

ZnO adsorption on sapphire (0001) surface is theoretically calculated by using a plane wave ultrasoft pseudo-potential method based on ab initio molecular dynamics. The results reveal that the surface relaxation in the first layer Al-O is reduced, even eliminated after the surface adsorption of ZnO, and the chemical bonding energy is 434.3(±38.6) kJ·mol?1. The chemical bond of ZnO (0.185 ± 0.01 nm) has a 30° angle away from the adjacent Al-O bond, and the stable chemical adsorption position of the Zn is deflected from the surface O-hexagonal symmetry with an angle of about 30°. The analysis of the atomic populations, density of state and bonding electronic density before and after the adsorption indicates that the chemical bond formed by the O2 of the ZnO ? and the surface Al3+ has a strong ionic bonding characteristic, while the chemical bond formed by the Zn2+ and the surface O2 has an obvious covalent characteristic, which ? comes mainly from the hybridization of the Zn 4s and the O 2p and partially from that of the Zn 3d and the O 2p.

关键词： α-Al2O3 (0001) ZnO ab initio molecular dynamics chemical adsorption density of states

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α-Al_2O_3(0001)基片表面结构与能量研究

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物理学报 2003年第9期52卷 2268-2273页

作者：杨春李言荣薛卫东陶佰万刘兴钊张鹰黄玮电子科技大学微电子与固体电子学院中国物理工程研究院绵阳621000

对α Al2 O3( 0 0 0 1)晶体表层三种不同终止原子结构的计算模型 ,在三维周期边界条件下的κ空间中 ,采用超软赝势平面波函数描述多电子体系 .应用基于密度泛函理论的局域密度近似 ,计算了不同表层结构的体系能量 ,表明最表层终止原子... 详细信息

对α Al2 O3( 0 0 0 1)晶体表层三种不同终止原子结构的计算模型 ,在三维周期边界条件下的κ空间中 ,采用超软赝势平面波函数描述多电子体系 .应用基于密度泛函理论的局域密度近似 ,计算了不同表层结构的体系能量 ,表明最表层终止原子为单层Al的表面结构最稳定 .对由 10个原子组成的菱形原胞进行了结构优化 ,得到晶胞参数值(a0 =0 4 8178nm)与实验报道值误差小于 1 3% .进一步计算了超晶胞 ( 2× 2 )表面弛豫 ,弛豫后原第 2层O原子层成为最表层 ;对不同表层O ,Al原子最外层电子进行了布居分析 ,表面电子有更大的概率被定域在O原子的周围。

关键词： α-Al2O3(0001)基片表面结构能量电子表面态电子功能薄膜材料超晶胞表面弛豫超软赝势

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