表面量子点结构热稳定性的分子动力学模拟研究.pdf

夕表面量子点结构热稳定性的分子动力学模拟研究摘要关键词:量子点;纳米晶柱;热稳定性;分子动力学表面量子点阵列由于各种纳米尺度限域引起的量子效应而在现代电子和光电子工业中呈现巨大的应用潜力和发展前景。由于表面能的作用,其结构的热稳定性成为该领域共同关注的重要问题之一。本文采用三维分子动力学模拟方法,以面心立方金属铝为研究对象,以表面纳米晶柱为模型,基于铝的偷亩嗵迨坪芯苛吮砻媪孔拥愕慕峁谷任定性及其失稳过程和机理,包括表面纳米晶柱阵列几何特征和温度对其热稳定性的影响。研究结果表明,以嫖6讯饷妗⑾嗷ゴ怪钡膡和嫖2嗝妗近正方形为截面的纳米晶柱存在一个临界截面尺寸,晶柱截面尺寸小于时,晶柱发生坍塌熔化,大于时则不发生此类变化;模拟试验结果显示,值随温度升高呈线性增大;坍塌熔化后的原子团会立即发生重结晶,形成由嫖С傻亩嗝嫣澹庵纸峁故治榷ǎ岣咄嘶鹞露群脱映な奔渲钡饺刍之前均不能使之发生变化。处于临界尺寸的纳米晶柱在退火过程中,有可能发生上述熔化一重结晶过程,亦有可能通过表面原子扩散迁移使表面结构重组,形成同样由蛖面围成的多面体。而大于上述临界尺寸的纳米晶柱,即使只增大一个原子层,经长时间退火也未观察到整体表面结构的重组,仅在角、棱处有部分原子发生结构重组,而且这些原子随纳米晶柱截面尺寸增大进一步减少。模拟结果还显示:增加纳米晶柱高度不影响其稳定性;,我们都观察到,退火过程中结构弛豫的结果总是使纳米晶柱的比表面积显著下降。■
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,当材料的特征尺寸在三个维度上都与电子的德布罗意波长或电子的平均自由程相比拟或更小时,电子在材料中的运动受到三维限制,电子的能量在三个维度上都是量子化的,这种电子在三个维度上都受限制的材料被称为量子点。量子点材料中载流子缱樱昭的运动受限嗨朴谠小箱子中运动的粒子贾露茉黾樱嘤Φ牡缱咏峁挂泊犹逑嗔哪艽构变为类原子的分立的能级结构,并且可以通过控制量子点的尺寸来调节其能隙的大小,这使得半导体量子点材料成为当今能带工程的一个重要组成部分。世纪年代以来,量子点的研究迅速发展,它与体材不同的独特的光学性能、电学性能和磁学性能引起了研究者越来越多的关注,被称为新型的人造材料。在这一二十年中,量子点制备技术取得了巨大的进步,其应用领域日益增多,对量子点基础理论的研究也越来越得到重视,低维结构孔拥恪⒘孔酉摺⒘孔阱奈锢硌б丫晌0氲继逦锢硪桓隹焖俜⒄沟姆种А利用量子点特殊物理效应的材料与器件中,量子点大都制备成密布表面的量子点阵列的形式,即表面纳米岛或纳米晶柱阵列。在此纳米尺寸状态,由于系统中各种弹性常数和热力学参数的变化,体系平衡相的关系将可能被改变,如材料因熔点降低而发生熔化等。同时,温度升高时量子点各组分互扩散增强,这将导致量子点结构和形态发生改变。因此,研究量子点的热稳定性特征及其在高温下的结构演化行为将是十分必要的。本章将首先介绍量子点的物理背景.,包括量子点的量子效应、制备技术和应用领域;然后简述量子的结构热稳定性问题的研究概况.,包括理论分析、试验研究和模拟研究等;最后概括介绍本文的研究目的和内容.。量子点独特的性质源自它与体材及其它低维材料不同的能态密度特征,如图表面量子点结构热稳定性的分子动力学模拟研究
糆鬯￡筐巳。当颗粒尺寸在纳米量级时,尺寸限域将引起量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应。这使得纳米材料体系呈现出许多不同于宏观体材料的物理化学特性,在非线性光学、磁介质、催化、医药及功能材料等方面具有极为广阔的应用前景,同时亦将对生命科学和信息科学技术的可持续发展以及物质领域的基础