【摘 要】
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本论文采用第一性原理方法，研究了金刚石(001)表面的结构和能量，以及极性分子在氢终止金刚石(001)表面上的吸附特性。我们应用基于密度泛函理论的第一性原理计算，在GGA近似下，采
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本论文采用第一性原理方法，研究了金刚石(001)表面的结构和能量，以及极性分子在氢终止金刚石(001)表面上的吸附特性。我们应用基于密度泛函理论的第一性原理计算，在GGA近似下，采用赝势的方法，分别计算了金刚石的体结构，清洁的金刚石(001)表面结构以及氢终止的金刚石(001)表面的不同构型。理想的金刚石(001)表面每个碳原子有两个悬挂键，所以最多可以与两个H原子成键。我们计算了氢的覆盖度在1到2之间的六种不同的构型。分别为(2×1)∶H表面、(3×1)∶1.33H表面、(2×1)∶1.5H的表面、(2×2)∶1.5H有槽表面、(1×1)∶2H对称表面以及(1×1)∶2H扭曲表面。并将不同构型的能量作为氢的化学势的函数进行了比较，发现随着化学势的升高，稳定的构型从无吸附的再构(2×1)表面，(2×1)∶H表面构型，(2×2)∶1.5H凹槽表面一直变到(1×1)∶2H的扭曲表面。其中(2×2)∶1.5H凹槽表面饱和了所有悬挂键同时氢原子间距离较其他覆盖度大于1的构型大，因而更有可能在表面处存在，尽管现在还没有相应的实验发现。在稳定范围较大且实验上已发现的(2×1)∶H表面上，我们计算了几种不同分子(HCl、H2O和NH3)的吸附。计算表明这些分子在氢终止的金刚石表面均以分子的形式吸附，并且HCl分子和H2O分子可以与表面的氢原子形成一种的新的氢键一双氢键，而NH3与表面作用很弱。双氢键的形成，导致表面区域的电子向空间分子转移，使得表面以下区域出现空穴，从而在氢终止金刚石表面形成P型电导。这种P型电导已经在实验中发现。
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