在本文中,我們利用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法,系統(tǒng)的研究了在Al(111)襯底表面生長二維鍺材料的生長機制。首先,二維鍺材料生長在Al(111)金屬襯底表面上已經在實驗上成功實現(xiàn),我們的目的是找出其生長機制以及生長的結構�？紤]到鍺原子在實驗上有形成團簇的可能性,所以我們首先探究了鍺團簇在真空中的結構和能量,然后將團簇生長在Al(111)金屬襯底表面上觀察結構和能量,最終發(fā)現(xiàn)鍺團簇比二維鍺材料在Al(111)金屬襯底表面上能量更有優(yōu)勢,再加之實驗上蒸發(fā)出的鍺原子速度非常慢,所以我們從理論計算上否定了Al(111)金屬襯底表面生長成鍺團簇的可能性。第二部分,我們探究了鍺在Al(111)金屬襯底表面的生長機制以及最終生長成的結構。我們采用單原子生長在金屬襯底表面的方法,總結出來三種生長模式,這三種生長模式分別生長成三種二維鍺材料,其中前兩種生長模式生長出的二維鍺材料是沒有褶皺的純平面結構,第三種生長模式生長出的二維鍺材料帶有褶皺,而且第三種生長模式下生長出的鍺烯與實驗上STM觀察到的結果是一致的,與實驗文章中的計算模擬的結果也是相符的。但是存在一個嚴重的問題,在生長過程中第三種模式不是能量最低的,這種模式在生長過程中沒有一個尺寸相對于其他兩種生長模式在能量上占優(yōu)勢,這表明在實驗上不傾向于形成這種結構,實驗和理論模擬計算不符,在實驗和計算上存在疑問需要我們去解決。第三部分,為了解決Al(111)金屬襯底表面生長出的最優(yōu)結構與實驗上所觀察到的STM亮點有所不同這一問題,我們通過構建Ge和Al(111)金屬襯底近表面合金的方式來解決。首先計算模擬鍺原子在Al(111)金屬襯底表面形成合金的過程,然后開始用鍺的單原子進行生長。我們一共探究出了三種生長模式,其中一種生長模式生長出的二維鍺材料帶有褶皺,這種生長模式在生長過程中的結構大部分都是基態(tài),即非常多的結構在此原子數(shù)下能量最低,所以這種生長模式在實驗上最容易出現(xiàn),并且第一種生長模式生長出的結構進行STM圖像模擬時得到的圖像與實驗上STM觀察到的圖像相同,而且亮點之間的距離誤差在4%左右,這個誤差在允許范圍內,生長模式一在實驗上非常容易形成。另外兩種生長模式生長出的結構是純平面的,這兩種結構在Al(111)金屬襯底表面上能量最低,意味著在實驗上最容易形成,但是在Ge和Al(111)金屬襯底近表面合金上卻不容易形成,相對于第一種生長模式中的結構其能量相差大,實驗上生長出后兩種結構的幾率小。至此我們探究了Ge和Al(111)金屬襯底近表面合金上鍺材料的生長模式,解決了實驗上對結構的不合理解釋,給出了更加合理和準確的結構預測。這些結果將會給實驗科學家提供理論指導。
【學位單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O469
【部分圖文】：

2-1鍺烯結構模擬圖

中科院秦志輝課題組在 Pt(111)襯底表面上，通過超高真空表面氣外延生長鍺原子的方法，首次制備出單層褶皺的二維蜂窩狀鍺烯[18]，如圖 1.2.3-示。

19]、表面環(huán)境不同、襯底和鍺烯的晶格匹配度不同等等因素，不同襯底生長出來鍺烯結構也不相同。所以鍺烯結構相變成為了一個重要的研究課題。在 Cu(111)金屬表面襯底上，鍺原子傾向于形成雙層堆垛的鍺烯[20]，如圖 1.2.4-1示。
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3 李寶龍,曹陽,馮建文,耿道林;含磷、硅、鍺原子的三元環(huán)化合物的幾何構型及電子結構(英文)[J];蘇州大學學報(自然科學);1997年02期

4 林云飛,沈志堅,陸坤權,趙雅琴,常龍存;鉍鍺酸鹽玻璃中鍺原子近鄰結構的EXAFS研究[J];硅酸鹽學報;1986年02期

5 何伯延 ,周拒非;Nb-Ge超導帶表面薄層鈮鍺原子比的X—射線熒光光譜測定[J];礦冶工程;1981年01期

6 陳益;新材料的應用和綜合[J];考試(高考版);2003年02期

7 黃立;杜世萱;高鴻鈞;;硅烯和鍺烯的生長及其機制研究[J];物理;2018年03期

8 鄭衍生,張大雷;石墨爐原子化器中原子化過程的研究——Ⅳ.石墨管襯底材料對鍺原子化的影響[J];應用化學;1987年04期

9 白明章,安逢龍,孫麗娟;新型有機鍺倍半氧化物及硫化物的合成[J];高等學�；瘜W學報;1991年05期

10 柳志龍;;石墨爐原子吸收法測定焙燒煙塵和渣中鍺[J];理化檢驗.化學分冊;1988年05期

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本文編號：2892111