Ti/TiB 2 界面结合强度、稳定性和电子性质的第一性原理
发布时间：2021-10-17 00:39
为了研究涂层中Ti/TiB 2界面性质,本文采用第一性原理方法计算了Ti（0001）和TiB 2（0001）的表面能,6种不同Ti（0001）/TiB 2（0001）界面的黏附功和界面能,并且分析了它们的电子密度、差分电荷密度和分波态密度（PDOS）.研究结果表明,当TiB 2（0001）表面的原子层数n≥9时,其表面深处的原子具有体相原子的特征.在6种不同的界面中,B终端的Ti/TiB2界面稳定性均优于Ti终端的界面,且B终端的孔穴位堆垛界面（BTH）和Ti终端的心位堆垛界面（TTC）分别是两种终端最稳定的界面.此外,BTH界面具有最大的黏附功（7.72 J/m2）,它在整个Ti元素的化学势（-3.20 eV）范围内也具有最低的界面能,说明BTH界面具有最好的稳定性和结合强度.电子性质和PDOS的研究结果表明,BTH界面主要由Ti–B共价键和Ti–Ti金属键构成,且Ti–B共价键是主要由界面处的B 2p和Ti3d轨道杂化所形成的.
【文章来源】：科学通报. 2017,62(15)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
TiB2(0001)的表面能和钛化学势的关系
2017年5月第62卷第15期1658图2(网络版彩色)6种不同界面能和钛化学势的关系Figure2(Coloronline)RelationshipbetweeninterfacialenergyofsixvariousinterfacesandTichemicalpotential图3(网络版彩色)Ti/TiB2界面沿(110)平面的电子密度(e/3).(a)TTC界面;(b)BTH界面Figure3(Coloronline)Electrondensity(e/3)forTi/TiB2interfacesalong(110)plane.(a)TTCinterface;(b)BTHinterface新的电子态,且该Ti原子的3d轨道和TiB2(0001)表面第1层的B2s轨道在5~0eV范围产生杂化,形成较强的共价键.此外,该Ti原子和TiB2(0001)表面第2层的Ti原子在1.5和0.9eV附近均出现了2个明显的峰,表明它们的3d轨道之间产生杂化,从而形成一定的金属键.此外,比较Ti(0001)表面的3层Ti原子的分波态密度可以发现,界面处Ti原子的曲线高度更低,且向低的能级方向偏移,说明了界面处Ti原子的一部分电子转移给了界面的B原子,从而形成非极性共价键,与上述分析结果一致.图4(网络版彩色)Ti/TiB2界面沿(110)平面的差分电荷密度(e/3).(a)TTC界面;(b)BTH界面Figure4(Coloronline)Chargedensitydifference(e/3)forTi/TiB2interfacesalong(110)plane.(a)TTCinterface;(b)BTHinterface图5(网络版彩色)BTH界面的分波态密度.竖直的虚线表示Fermi能级Figure5(Coloronline)PartialdensityofstateofBTHinterface.TheverticaldashedlinedenotesFermilevel3结论(1)当TiB2(0001)表面的原子层数n≥9时,其表面深处的原子具有体相原子的特征.在低的钛化学势中,Ti终端的TiB2(0001)表面更稳定;然而,当钛原子的化学势大于1.27eV时,B终端的TiB2(0001)表面变得更稳定.(2)对于同一堆垛顺序的界面,B终端的Ti/TiB2界面的黏附功均高于相应
rfacesalong(110)plane.(a)TTCinterface;(b)BTHinterface新的电子态,且该Ti原子的3d轨道和TiB2(0001)表面第1层的B2s轨道在5~0eV范围产生杂化,形成较强的共价键.此外,该Ti原子和TiB2(0001)表面第2层的Ti原子在1.5和0.9eV附近均出现了2个明显的峰,表明它们的3d轨道之间产生杂化,从而形成一定的金属键.此外,比较Ti(0001)表面的3层Ti原子的分波态密度可以发现,界面处Ti原子的曲线高度更低,且向低的能级方向偏移,说明了界面处Ti原子的一部分电子转移给了界面的B原子,从而形成非极性共价键,与上述分析结果一致.图4(网络版彩色)Ti/TiB2界面沿(110)平面的差分电荷密度(e/3).(a)TTC界面;(b)BTH界面Figure4(Coloronline)Chargedensitydifference(e/3)forTi/TiB2interfacesalong(110)plane.(a)TTCinterface;(b)BTHinterface图5(网络版彩色)BTH界面的分波态密度.竖直的虚线表示Fermi能级Figure5(Coloronline)PartialdensityofstateofBTHinterface.TheverticaldashedlinedenotesFermilevel3结论(1)当TiB2(0001)表面的原子层数n≥9时,其表面深处的原子具有体相原子的特征.在低的钛化学势中,Ti终端的TiB2(0001)表面更稳定;然而,当钛原子的化学势大于1.27eV时,B终端的TiB2(0001)表面变得更稳定.(2)对于同一堆垛顺序的界面,B终端的Ti/TiB2界面的黏附功均高于相应的Ti终端界面,且BTH界面和TTC分别是两种终端最稳定的界面.此外,BTH界面具有最大的界面黏附功(7.72J/m2)和最小的界面间距(1.588).(3)在整个钛的化学势范围内,B终端界面的表面能:BTT<BTC<BTH;而Ti终端界面的表面能:
【参考文献】：
期刊论文
[1]Phase transition, elastic and electronic properties of topological insulator Sb2Te3 under pressure: First principle study[J]. 卢清,张怀勇,程艳,陈向荣,姬广富. Chinese Physics B. 2016(02)
[2]二硼化钛的高温高压制备及其物性[J]. 黎军军,赵学坪,陶强,黄晓庆,朱品文,崔田,王欣. 物理学报. 2013(02)
[3]First principle study on the elastic and thermodynamic properties of TiB2 crystal under high temperature[J]. 王春雷,余本海,霍海亮,陈东,孙海滨. Chinese Physics B. 2009(03)
本文编号：3440790
【文章来源】：科学通报. 2017,62(15)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
TiB2(0001)的表面能和钛化学势的关系
2017年5月第62卷第15期1658图2(网络版彩色)6种不同界面能和钛化学势的关系Figure2(Coloronline)RelationshipbetweeninterfacialenergyofsixvariousinterfacesandTichemicalpotential图3(网络版彩色)Ti/TiB2界面沿(110)平面的电子密度(e/3).(a)TTC界面;(b)BTH界面Figure3(Coloronline)Electrondensity(e/3)forTi/TiB2interfacesalong(110)plane.(a)TTCinterface;(b)BTHinterface新的电子态,且该Ti原子的3d轨道和TiB2(0001)表面第1层的B2s轨道在5~0eV范围产生杂化,形成较强的共价键.此外,该Ti原子和TiB2(0001)表面第2层的Ti原子在1.5和0.9eV附近均出现了2个明显的峰,表明它们的3d轨道之间产生杂化,从而形成一定的金属键.此外,比较Ti(0001)表面的3层Ti原子的分波态密度可以发现,界面处Ti原子的曲线高度更低,且向低的能级方向偏移,说明了界面处Ti原子的一部分电子转移给了界面的B原子,从而形成非极性共价键,与上述分析结果一致.图4(网络版彩色)Ti/TiB2界面沿(110)平面的差分电荷密度(e/3).(a)TTC界面;(b)BTH界面Figure4(Coloronline)Chargedensitydifference(e/3)forTi/TiB2interfacesalong(110)plane.(a)TTCinterface;(b)BTHinterface图5(网络版彩色)BTH界面的分波态密度.竖直的虚线表示Fermi能级Figure5(Coloronline)PartialdensityofstateofBTHinterface.TheverticaldashedlinedenotesFermilevel3结论(1)当TiB2(0001)表面的原子层数n≥9时,其表面深处的原子具有体相原子的特征.在低的钛化学势中,Ti终端的TiB2(0001)表面更稳定;然而,当钛原子的化学势大于1.27eV时,B终端的TiB2(0001)表面变得更稳定.(2)对于同一堆垛顺序的界面,B终端的Ti/TiB2界面的黏附功均高于相应
rfacesalong(110)plane.(a)TTCinterface;(b)BTHinterface新的电子态,且该Ti原子的3d轨道和TiB2(0001)表面第1层的B2s轨道在5~0eV范围产生杂化,形成较强的共价键.此外,该Ti原子和TiB2(0001)表面第2层的Ti原子在1.5和0.9eV附近均出现了2个明显的峰,表明它们的3d轨道之间产生杂化,从而形成一定的金属键.此外,比较Ti(0001)表面的3层Ti原子的分波态密度可以发现,界面处Ti原子的曲线高度更低,且向低的能级方向偏移,说明了界面处Ti原子的一部分电子转移给了界面的B原子,从而形成非极性共价键,与上述分析结果一致.图4(网络版彩色)Ti/TiB2界面沿(110)平面的差分电荷密度(e/3).(a)TTC界面;(b)BTH界面Figure4(Coloronline)Chargedensitydifference(e/3)forTi/TiB2interfacesalong(110)plane.(a)TTCinterface;(b)BTHinterface图5(网络版彩色)BTH界面的分波态密度.竖直的虚线表示Fermi能级Figure5(Coloronline)PartialdensityofstateofBTHinterface.TheverticaldashedlinedenotesFermilevel3结论(1)当TiB2(0001)表面的原子层数n≥9时,其表面深处的原子具有体相原子的特征.在低的钛化学势中,Ti终端的TiB2(0001)表面更稳定;然而,当钛原子的化学势大于1.27eV时,B终端的TiB2(0001)表面变得更稳定.(2)对于同一堆垛顺序的界面,B终端的Ti/TiB2界面的黏附功均高于相应的Ti终端界面,且BTH界面和TTC分别是两种终端最稳定的界面.此外,BTH界面具有最大的界面黏附功(7.72J/m2)和最小的界面间距(1.588).(3)在整个钛的化学势范围内,B终端界面的表面能:BTT<BTC<BTH;而Ti终端界面的表面能:
【参考文献】：
期刊论文
[1]Phase transition, elastic and electronic properties of topological insulator Sb2Te3 under pressure: First principle study[J]. 卢清,张怀勇,程艳,陈向荣,姬广富. Chinese Physics B. 2016(02)
[2]二硼化钛的高温高压制备及其物性[J]. 黎军军,赵学坪,陶强,黄晓庆,朱品文,崔田,王欣. 物理学报. 2013(02)
[3]First principle study on the elastic and thermodynamic properties of TiB2 crystal under high temperature[J]. 王春雷,余本海,霍海亮,陈东,孙海滨. Chinese Physics B. 2009(03)
本文编号：3440790
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