"Атомная и электронная структура поверхности Si(331)-12x1". Руслан Анатольевич Жачук, ИФП СО РАН, 2.7.2020
Работа поддержана грантом РФФИ 18-02-00025
Состав коллектива
- Жачук Руслан Анатольевич, ИФП СО РАН, с. н. с., к.ф.-м.н,
- Жозе Кутиньо, университет г. Авейро (Португалия).
Аннотация
С помощью расчетов на основе теории функционала плотности (ТФП) исследована атомная и электронная структура чистой поверхности Si(331)-12×1. На основе структуры поверхности, предложенной в работе [1], были разработаны значительные усовершенствования как атомной модели, так и используемого в расчетах набора локализованных базисных функций. Эти изменения являются критически важными для корректного воспроизведения зависимости изображений сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) от полярности приложенного напряжения. Расхождение размеров Si пентамеров в атомной модели поверхности и на экспериментальных СТМ-изображениях было объяснено в рамках модели Терсофа-Хамана. Были рассчитаны энергетические барьеры, отделяющие друг от друга различные конфигурации изогнутых (buckled) структур на поверхности Si(331) и показано, что эти структуры должны динамически изгибаться при комнатной температуре. Было найдено, что незаполненные электронные состояния на поверхности Si(331) преимущественно локализованы на пентамерах с межузельными атомами и Si-атомах с одной оборванной связью и имеющих sp2-подобную конфигурацию электронных орбиталей. Заполненные электронные состояния локализованы на Si-атомах с одной оборванной связью и имеющих sp3-подобную конфигурацию электронных орбиталей. Было показано, что в рассчитанной плотности электронных состояний имеются два широких пика в запрещенной зоне Si: один вблизи вершины валентной зоны и другой вблизи дна зоны проводимости. Рассчитанная ширина запрещенной зоны поверхности 0.58 эВ прекрасно согласуется с результатами, полученными с помощью сканирующей туннельной спектроскопии (СТС) и фотоэлектронной спектроскопии (ФЭС).
Иллюстрации
 | Модель реконструированной поверхности Si(331)-12×1. Пунктирной линией показана элементарная ячейка поверхности. Черным показаны димеры, предложенные в этой работе. |
 | Расчётные и экспериментальные СТМ-изображения поверхности Si(331)-12×1. |
 | СТМ-изображение (слева) и вертикальное сечение (справа) пентамера. На рисунке слева показаны отличия в размерах пентамера на СТМ-изображении и в атомной модели. На рисунке справа показано направление оборванной связи на вершине пентамера. |
 | Расчетная (сверху) и экспериментальная (снизу) плотности электронных состояний поверхности Si(331)-12×1. Серая область показывает плотность электронных состояний, относящуюся к объему Si. |
 | Локализация HOMO (highest occupied molecular orbitals) и LUMO (lowest unoccupied molecular orbitals) орбиталей на поверхности Si(331)-12×1. |
Публикации
- R. Zhachuk, J. Coutinho, K. Palotas, “Atomic and electronic structure of the Si(331)-(12×1) surface”, The Journal of Chemical Physics (Impact Factor: 2.997), 149, 204702 (2018). DOI: 10.1063/1.5048064