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版本:2015.1
沉积在金属基底上的绝缘材料超薄膜构成了一类特殊的材料,在不同的领域具有可调特性和增长潜力 [GP11] [Pac12] [PH13]。在本教程中,您将学习如何通过沉积另一种材料的覆盖层来更改基材的功函数。
功函数的调整
在金属基板上沉积薄绝缘膜的一个重要结果就是金属载体功函数的诱导变化,会根据界面的性质而降低或增加。在文献中已经报道过这种功函数变化的例子。利用开尔文探针力显微镜或扫描隧道显微镜研究 Au(111) 和 Ag(100) 上的碱金属氯化物薄膜,显示功函数有 0.5-1.2 eV [LZE04] [PPS + 05] 的降低。另一项基于场发射共振的研究发现,高达3 ML的NaCl岛状物的功函数降低了 1.3 eV [PBP + 07]。理论计算预测了各种金属上的 NaCl,MgO 和其他氧化物功函数的降低 [BTI04] [GCP06] [PMP08]。
您将计算由于沉积 1 至 3 层绝缘 MgO 形成金属的 Ag(100) 表面功函数变化。计算功函数的过程遵循教程 Computing the work function of a metal surface using ghost atoms 中给出的指示。,
特别地,您将:
计算设置
在本教程中,您将使用一组特定的计算设置(网格截断,k 点取样,基组,交换关联,金属层数等),这些设置的选择使得 QuantumATK 的结果可以与文献比较。但请务必记住,您应该检查您的结果在这些设置下是否适当地收敛。
按照以下步骤创建银和氧化镁块体:
在本教程中,您将使用 PW91 交换关联函数进行 DFT 模拟,以便与文献 [PMP08] 中 Prada 等人的结果进行比较。PW91 中 Ag 的晶格常数为 4.16Å,因此将此值用于银的块体构型:
您还可以使用 PW9 1和 11x11x11 的 k 点简单地执行银块体构型的 DFT 几何优化,从而弛豫晶胞。对于晶格常数,这种更一般的方法的结果约为 4.16 Å。
接下来,构建 Ag(100) 表面:
按照相同的步骤创建一个 4 层的 MgO(100) 表面,然后将两个新的 Stash 项目分别重命名为 “Ag(100)” 和 “MgO(100)”。
您现在应该使用 Builders Interface 插件构建 MgO(100)/Ag(100) 界面:
您可以在教程 The Interface Builder in QuantumATK 的技术说明中了解更过有关创建界面的更多信息。
如教程 Computing the work function of a metal surface using ghost atoms 中所述,您需要在表面或界面上方添加“鬼原子”。功函数的计算需要对延伸到真空中的电荷密度进行非常好地描述,鬼原子正好可以保障这点。
当表面之上晶胞边界的有效势为零时,功函数就被认为是化学势。Dirichlet 边界条件 (BC) 则用于强制执行这点。您还将计算有效势,以便直观地检验。按照以下所列方法设置所需的 DFT 计算:
MgO3LAg.nc
作为文件名。