低配位钼的定量电子谱学研究

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固体表层和纳米团簇一直是近些年的研究热点,其之所以在实验和理论中都备受关注是因为它们不同于块体的化学及物理特性。这些反常性质包括磁性、催化性能以及拓扑绝缘体中狄拉克费米子的产生。这些性质与原子低配位引起的键弛豫和电子结构重组密切相关。因此,探索低配位缺陷引起的系统局部电子特性对于从原子尺度上理解与电子结构相关的性质(结合能、晶界偏聚能、混合热、电子转移)至关紧要。本文结合键弛豫理论、紧束缚近似理论、非键电子极化、光电子能谱和DFT计算,探索了固体表层和原子团簇的局部键弛豫、结合能以及与之相关的芯能级偏移和价带变化。  本研究主要内容包括:⑴为了更好地理解表面芯能级偏移的配位缺陷效应和物理起源,我们对Mo(100)和(110)面的3d5/2能级进行解谱。根据解谱结果我们得到了Mo孤立原子3d5/2能级的结合能以及形成块体的能级偏移量,块体和表层相对于孤立原子能级的偏移量分别为2.707和3.100 eV。我们还得到了Mo表面的最外三层原子相对于块体局部键收缩了12.67%,结合能密度相对增大了71.92%,原子结合能相对减小了62.31%,芯能级偏移相对增大了14.51%。⑵为了进一步确认我们的预测,我们对不同尺寸的 Mo纳米团簇进行了DFT计算,得到了键收缩、结合能和价带态密度的定量信息:(i) Mo15团簇的4s能级相对于Mo59团簇从-61.229 eV偏移到-61.620 eV;(ii)Mo15团簇相对于Mo59团簇价带从-0.897 eV偏移到0.160 eV。芯能级发生正偏移是由键收缩和键强增强导致的局部量子钉扎引起的,而束缚的局部集中的芯电子使得非键孤对电子被极化从而提高了价带能量。Mo表层和纳米团簇的光电子能谱测量和量子计算确认了我们的预测,原子的低配位会使化学键变短变强,会使芯电子局部集中和束缚,会使价电荷发生极化,这会对哈密顿量、原子结合能、局部结合能密度产生影响,最终导致Mo表层和纳米团簇的不寻常性质。
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