2003 03 21 0:00

凝聚态理論組在半導體矽團簇的理論研究上取得進展

矽是最重要的半導體材料，但純的矽傾向于sp3雜化，不能象碳那樣可以通過sp2雜化形成籠狀的化學性質穩定的富勒烯結構，故不适合做自組織材料的建築單元。最近日本學者通過實驗并結合第一性原理計算發現，摻入金屬可終止剩餘的矽懸挂鍵，得到化學性質穩定的矽籠(H. Hiura, et al., Phys. Rev. Lett. 86 (2001) 1733)。beat365官方网站凝聚态理論組的呂勁副教授與日本分子科學研究所的永濑茂教授合作, 利用第一性原理的方法,開展了大尺度範圍内的金屬摻雜的矽團簇的結構與電子性質研究。他們發現随着尺寸的增加金屬矽籠存在一個清晰的從外生到内生的結構相變，其臨界尺寸約為n = 9。矽團簇必須位于特定的尺寸（10≤n≤16）才可能形成化學性質穩定的内生矽籠。兩個新的化學性質穩定的内生金屬矽籠結構(籃形Os@Si10和畸變的帶兩個帽子的六棱柱Zr@Si₁₄) 被揭示出。通過對生長模式的能量分析，他們預言存在若幹個同時具有熱力學和化學穩定的金屬矽籠，其結果與實驗觀察恰當地吻合。該工作不僅對現有的實驗進行了較好的解釋，而且期望能指導實驗工作者尋找出新的金屬矽籠結構。

研究成果發表在最新出版的Physical Review Letters 90（2003）115506上（見附件）。該工作得到了中國國家自然科學基金，日本學術振興會，第三世界科學院研究基金的資助。