《超纳米金刚石薄膜结构相变的第一原理分子动力学研究》.pdf

第 27卷 第 5期 原 子 与 分 子 物 理 学 报 Vo1．27 No．5 2010年 1O月 JOURNALOFATOMICANDMOLECULARPHYSICS Oct．2O1O doi：103969／j．issn．1000—0364．2010．05．023 超纳米金刚石薄膜结构相变的 第一原理分子动力学研究 王丽莉 ，万 强。，胡文军 ，赵晓平 (1．中国工程物理研究院计算机应用研究所 ，绵阳 621900； 2．中国工程物理研究院总体工程研究所 ，绵 阳 621900) 摘 要：纳米金刚石薄膜的结构相变非常复杂，对稳定性和物理性质又尤为重要．本文用第一性原理分子 动力学模拟研究了超纳米金刚石薄膜的结构相变和表面重构．研究发现 ，纳米金刚石 的表面碳 团簇通过断 开(111)面的d键 ，形成具有碳六元环结构的石墨碎片；内部原子 sp3杂化 向sp2杂化转化 的发生是从 (111)面上成对C原子 向石墨相转化时形成 Ⅱ键 的过程 中获得 了能量 ，驱动石墨的转变 由表层 向心部逐渐 进行．转变过程 中存在一种洋葱状富勒烯和金刚石结构共存的过渡相——Bucky_diamond，表面悬空键 的 消除和表层 的富勒烯外壳最大限度地 降低 了表面能和系统总能量，Bucky-diamond结构稳定存在． 关键词 ：超纳米金刚石 ；表面重构；第一性分子动力学；计算机模拟 中图分类号 ：04；TP3 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000-0364(2010)05—0932—05 Structuraltransitionofsupernanodiamondfilmsstudied byfirstprinciplesmoleculardynamics WANG Li—Li，WAN Qiang ，HU Wen—Jun。，ZHAO Xiao—Ping (1．ChinaAcademyofEngineeringPhysics，ComputerApplicationInstitute，Mianyang，621900，China； 2．ChinaAcademyofEngineeringPhysics，StructureMechanicsInstitute，Mianyang621900，China) Abstract：Thestructuraltransitionsofnano—diamondfilmsareverycomplicatedandall—importantfor theirstabilityandphysicalproperties．Usingabinitiomoleculardynamicmethods，wehaveperformeda systematicinvestigationofthestructuraltransitionsandsurfacereconstructionsaboutdiamond films． Throughthecalculationweobserved thegraphitizationbybreakingofhighlycorre1ateddbondsin dia— mond(111)surface，andcomeintobeinggraphitehexahydroxystructures；thecarbonatomsinsp3hy— bridization state which inside the diamond transform to sp2 hybridization stateby obtain energy fromnbondsformingofcarbonatomsin(111)surface，whichtakeplaceduringgraphitizationtransition， SOthegraphitizati