محاسبات ابتدا به ساكن سطح مشترك Pb/Si (111)

Ab initio calculations of Pb/Si(111) interface

تابع كار و انرژي سطح به ازاي واحد مساحت در چارچوب نظريه تابعي چگالي براي يك بره متقارن از سيليكون شامل دو سطح ( بالا و پايين ) محاسبه شده اند . الگوي اين سطوح به طور نظري با استفاده از روش ابرياخته با روي هم قراردادن تعدادي از لايه هاي سيليكون در امتداد محور بلور شناسي ( 111) به دست آمده اضافه شده اند . نتايج نشان مي دهند كه تابع كار و انرژي سطح به Si (111) است . به منظور متقارن ساختن اين بره دو مقدار يكسان از خلا در بالا و پايين سطوح خوبي به ازاي 8 دولايه اي 16) لايه ) همگرا مي شوند كه خود گوياي آن است كه 8 دولايه اي براي شبيه سازي سيليكون به عنوان زير لايه مناسب مي باشد . سپس به منظور شبيه سازي سطح مشترك سرب و سيليكون اتم هاي سرب بر روي سطوح آماده شده سيليكون لايه نشاني شده اند . محاسبات در غياب و حضور برهمكنش اسپين - مدار براي سه فاز (top site) T1 ، (fcc) T4 و (hcp) H3 انجام شده اند . انرژي هاي كل محاسبه شده در توافق با اندازه گيري هاي تجربي نشان مي دهند كه فاز T1 ، كه در آن اتم سرب در امتداد اتم اولين لايه سيليكون واقع شده است، پايدارترين فاز مي باشد . سپس تابع كار، انرژي تشكيل و همچنين انرژي پيوند Pb-Siدر سطح مشترك Pb/Si (111) براي پايدارترين حالت به دست آمده محاسبه شده اند.

Work function and surface energy per unit area were calculated in the framework of density functional theory (DFT) for a clean symmetric slab of silicon containing two (top and bottom) surfaces. The surfaces were theoretically modeled using supercell technique by stacking a variety of silicon layers along [111] crystallographic direction. In order to make the slab symmetric, two equivalent amounts of vacuums were then added on the top and bottom of the Si(111) surfaces. Our result shows that work function and surface energy are well converged for number of 8 bilayer (16 layers) indicating the fact that 8 bilayer are reliable for simulating silicon as our substrate. In order to simulate the interface between lead and silicon, thin films of Pb were then deposited on the prepared Si(111) surfaces. The calculations were performed in the absence and presence of spin-orbit coupling (SO) for three phases of top site, T1, and fcc, T4, as well as hcp, H3. Our calculated total energies in agreement with experimental measurements show that the top site, for which Pb atom is located along the Si atom of the first silicon layer, is the most stable phase. For the interface of Pb/Si(111) work function and formation energy as well as bonding energy were then calculated taking the obtained most stable top site phase into account