電場・電流下の表面電子状態の第一原理計算による研究

利用第一性原理计算电场和电流下表面电子态的研究

• 批准号: 06236222
• 负责人: 石田 浩
• 金额: $ 0.51万
• 依托单位: Nihon University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06236222/
• 关键词: エレクトロマイグレーション; 表面原子操作; 電子ウインド力; 密度汎関数法; 有効電荷; ジェリウムモデル

電場・電流下の原子に働く力は表面でのエレクトロマイグレーションや原子操作を考える際の重要なパラメータである。この力は通常、電流を運ぶ伝導電子の散乱に起因する間接力(電子ウインド力)と電場に比例する直接力とに分類される。本研究の目的は第一原理計算により直接力・間接力及び関係する物理量を評価することである。このため我々は(1)系の基底状態での電子構造を局所密度近似で計算する、(2)時間依存密度汎関数法のの範囲の線形応答理論により(1)の波動関数等を用いて外部電場によって系に誘起される電子密度、原子に働く力を自己無撞着に決定するの2段階から成る計算法を定式化した。平成6年度はこの方法を電子ガス中の孤立不純物原子、ステップ金属表面に適用して以下の成果を得た。(1)直接力に対する有効電荷:原子の有効電荷は遮廠効果によりΔZだけイオン電荷Z_aから変化するため、直接力はF^d=(Z_a-ΔZ)Eと書ける。電子ガス中の孤立不純物原子に対してはΔZ〜0とΔZ〜Z_aの2説があった。本研究によってΔZが電子ガスの電子密度の減少と共に0からZ_aまで滑らかに増加することが判った。(2)表面電気抵抗と間接力:表面は3次元固体の欠陥であるから、清浄表面の表面原子に対しても間接力が働く。半無限ジェリウム表面上にA1(001)を1層吸着させた系で計算した所、測定に用いる系の膜厚が1000A程度だとして表面電気抵抗の全抵抗率に占める割合は室温で約1%、また間接力に対する有効電荷は約-15と評価された。更にA1(001)を2層吸着させ2層目には〔010〕方向に周期的にステップがあるとした構造では、電場がステップに平行な場合に比べて、垂直な場合には表面抵抗、間接力の平均値とも約50%増加した。

Atomic force under electric field and current is important for atomic operation on the surface. These forces are classified into ordinary, current transport, electron scattering, indirect forces (electron forces), and electric field proportional forces. The purpose of this study is to evaluate the physical quantities of direct forces, indirect forces and their relationships based on first-principles calculations. (1) The approximate calculation of electron structure and local density in the system of substrate states;(2) The linear response theory of time-dependent density function method;(1) The ratio function method; etc.; and the two-stage calculation method for the determination of electron density and atomic force induced by external electric field. The following results have been obtained for the application of the method to isolated impurity atoms in electronic materials and metal surfaces. (1)The direct force corresponds to the charge of the atom: the charge of the atom corresponds to the charge of the atom. The electron atom in the isolated impurity is ΔZ ~ 0 ΔZ ~ Z_a. In this study, the electron density of ΔZ_a decreases and increases. (2)Surface electric resistance and indirect force: surface of the three-dimensional solid is not pure, surface of the surface of the atom is not pure. A layer of A1(001) adsorbed on the semi-infinite surface was calculated and measured. The film thickness of the system was about 1000A. The total resistivity of the surface electrical resistance was about 1%, and the indirect force was about-15%. In addition, the average value of surface resistance and indirect force increases by about 50% in the case of A1(001) and A2 (010).

项目成果

H.Ishida: "Theory of the direct and indirect forces for a single impurity atom in the electron gas" Physical Review B. 51巻. (1995)

H.Ishida：“电子气中单个杂质原子的直接力和间接力的理论”《物理评论 B》第 51 卷（1995 年）