2003 03 21 0:00

凝聚态理论组在半导体硅团簇的理论研究上取得进展

硅是最重要的半导体材料，但纯的硅倾向于sp3杂化，不能象碳那样可以通过sp2杂化形成笼状的化学性质稳定的富勒烯结构，故不适合做自组织材料的建筑单元。最近日本学者通过实验并结合第一性原理计算发现，掺入金属可终止剩余的硅悬挂键，得到化学性质稳定的硅笼(H. Hiura, et al., Phys. Rev. Lett. 86 (2001) 1733)。北京大学物理学院凝聚态理论组的吕劲副教授与日本分子科学研究所的永濑茂教授合作, 利用第一性原理的方法,开展了大尺度范围内的金属掺杂的硅团簇的结构与电子性质研究。他们发现随着尺寸的增加金属硅笼存在一个清晰的从外生到内生的结构相变，其临界尺寸约为n = 9。硅团簇必须位于特定的尺寸（10≤n≤16）才可能形成化学性质稳定的内生硅笼。两个新的化学性质稳定的内生金属硅笼结构(篮形Os@Si10和畸变的带两个帽子的六棱柱Zr@Si₁₄) 被揭示出。通过对生长模式的能量分析，他们预言存在若干个同时具有热力学和化学稳定的金属硅笼，其结果与实验观察恰当地吻合。该工作不仅对现有的实验进行了较好的解释，而且期望能指导实验工作者寻找出新的金属硅笼结构。

研究成果发表在最新出版的Physical Review Letters 90（2003）115506上（见附件）。该工作得到了中国国家自然科学基金，日本学术振兴会，第三世界科学院研究基金的资助。