| Περίληψη |
Στην παρούσα Διατριβή μελετάμε αντιπροσωπευτικές επιφάνειες στερεών και επιφανειακές διεργασίες, έχοντας ως αφετηρία μεθόδους Πρώτων Αρχών. Κατ'αρχάς παορυσιάζουμε με γενίκευση της Θεωρίας του Συναρτησιακού της Πυκνότητας (Density Functional Theory, DFT) η οποία περιλαμβάνει και διεγερμένες καταστάσεις, μια που η αρχική θεμελίωση της Θεωρίας περιελάμβανε μόνο ιδιότητες σχετικές με τη θεμελιώδη κατάσταση του ηλεκτρονικού αερίου. Με την ευκαιρία αυτή, δίνουμε μια σύντομη ανασκόπηση της DFT, η οποία χρησιμοποιείται ευρέως σε όλη τη Διατριβή για τη μελέτη των ιδιοτήτων των επιφανειών. Επίσης παρουσιάζουμε μια γρήγορη και αποτελεσματική μέθοδο υπολογισμού των ενεργειακών χασμάτων σε ημιαγωγούς. Η πρώτη επιφάνεια που μελετάμε είναι η (100) επιφάνεια του Πυριτίου, η οποία είναι μια από τις απλούστερες στερεές επιφάνειες και ταυτόχρονα αποτελεί ένα σύστημα με τεράστιο τεχνολογικό ενδιαφέρον, λόγω της χρήσης της στην ανάπτυξη τρανσίστορ και άλλων ημιαγωγικών διατάξεων. Μελετάμε λεπτομερώς τους χημικούς δεσμούς των ατόμων της επιφάνειας, τις ενέργειες των διαφόρων φάσεών της και την ηλεκτρονική δομής της, παρουσιάζοντας εκτενώς τις σύγχρονες θεωρητικές μεθόδους ανάλυσης επιφανειακών διεργασιών. Παρουσιάζουμε προσομοιώσεις του Σαρωτικού Μικροσκοπίου Σήραγγας (Scanning Tunnenling Microscope, STM), οι οποίες επιτρέπουν απευθείας σύγκριση των θεωρητικών μοντέλων με τις πειραματικές παρατηρήσεις. Στη συνέχεια μελετάμε την εμπλουτισμένη με Άνθρακα Si(100), μια επιφάνεια που έχει γίνει αντικείμενο εντατικής έρευνας τα τελευταία χρόνια καθώς αποτελεί το αρχικό στάδιο κατασκευής κραμμάτων Πυριτίου - Άνθρακα τα οποία χρησιμοποιούνται για κατασκευή γρήγορων τρανσίστορ, καθώς και σαν υπόβαθρο για ανάπτυξη κβαντικών δομών (SiGe quantum dots). Για μικρό ποσοστό Άνθρακα στο σύστημα, αποκαλύπτουμε για πρώτη φορά μια εντυπωσιακή τάξη μακράς εμβέλειας στην κατανομή των ατόμων C. Η πρόβλεψη αυτή δεν έχει δυστυχώς ακόμη ελεγχθεί πειραματικά. Για μεγαλύτερο ποσοστό Άνθρακα στο σύστημα, όπου υπάρχουν πειραματικά δεδομένα, βρίσκουμε τις δομές που σχηματίζονται και οι οποίες ευθύνονται για τις μοναδικές εικόνες που φαίνονται στο μικροσκόπιο STM. Η Διατριβή καταλήγει με μια καταλυτική διεργασία, και συγκεκριμένα την αναγωγή του Μονοξειδίου του Αζώτου (NO) παρουσία επιφάνειας Τριοξειδίου του Μολυβδενίου (MoO3(010)). Μελετούμε διάφορες δομές προσροφημένου No στην επιφάνεια, θεωρώντας ότι αυτό δεν διασπάται, όπως συμβαίνει σε άλλους καταλύτες, και προτείνουμε τη δημιουργία δινιτροσυλίου ((NO)2) σαν το ενδιάμεσο στάδιο της κατάλυσης.
|
First - Principles Studies of Solid Surfaces: Pure and C-alloyed Si(100) and NO chemisorption on MoO3(010)
