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中科院物理所理论物理最新进展——金属诱导半导体表面再构的普适电子计数模型
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金属诱导半导体表面再构的普适电子计数模型 半导体表面一个最普遍存在的现象是发生晶格再构，它导致了表面具有各种不同与体内的物理性质。正是由于表面再构在基础和应用研究方面具有的重要性，几十年来人们做了大量的工作。由于受到多方面因素的影响，确定表面再构是一项十分复杂的任务。这方面最成功的例子之一是Si（111）表面（7X7）再构的研究，它标志着表面实验和表面理论研究进入了一个新的阶段。 能否提出一个简单的理论，从而在研究一些典型的半导体表面再构时给出一定的规律，这是人们长期追求的目标。这方面研究在八十年代末取得了非常重要的进展，这就是由Pashley和Chadi分别提出并不断完善的“电子计数模型”（Electron Counting Model）。这个理论很快在确定半导体表面再构的研究中取得了成功，并被进一步推广去研究表面缺陷和台阶的形成过程。 近年随着微电子工业的需求和各种制备手段的发展，在半导体衬底上生长各种金属和磁性薄膜材料变得越来越重要。大量的研究表明，这些沉积的金属原子改变了原来清洁半导体表面的再构，使目前的“电子计数模型”不再成立。近十五年来，这方面的实验和理论研究都比较混乱，因此一个新的更加完整的表面再构理论亟待建立。 经过三年多的努力，物理所博士研究生张立新与导师王恩哥研究员及薛其坤、张绳百、张振宇研究员合作，在大量第一性原理计算，和进一步与实验结果比较的基础上，提出了一个“普适电子计数模型”（Generalized Electron Counting Model）。这项新的研究发现，沉积在表面上的金属原子起到了一个电子库的作用：即当表面发生再构需要增加额外的电子时，这个电子库可以提供电子；而当表面发生再构需要减少多余的电子时，这个电子库可以把多余的电子吸纳。利用这一新的理论，以GaAs表面为例，详细计算了各种金属原子吸附时可能诱导的表面再构，成功地解决了实验和理论上长期存在的各种矛盾，并可以进一步预言表面再构对应的物理性质。这个“普适电子计数模型”理论的建立，为人们深入探索复杂表面发生再构时的规律，甚至为进一步探索掺杂纳米团簇的形成过程，同时对研究它们相应的物理性质开辟了新的途径。 该成果得到了国家自然科学基金委“创新研究群体”基金的资助。有关成果发表在2006年9月22日的Phys. Rev. Lett. 97,126103(2006)上。 |
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