In this work, wecarry out theoretical study of the silicon surface reconstruction (7x7)
grown in the [111] direction, denoted by Si(111) (7x7), using the Density Functional
Theory formalism, within the Local Density Approximation (LDA) for the exchange
correlation term. The interaction with the valence electrons and the core ion (nucleus
more core electrons) was described by norm conserving, non local pseudopotential
approach, compatible with the LDA. The one electron Kohn Sham equations was
solved self consistently, by expanding the one electron functions in terms of linear
combination of numerical atomic orbitals. All the calculations were realized using the
Siesta computational code.
Using the clean surface reconstruction model of Si(111) (7x7), propose by Takayanagi
et al.[1, 2], we modeled the surface as a slab, in which the (7x7) unitary cell
contained 200 Si atoms distributed in one adatom layer (Si atoms on the topmost layer)
and the other four layers, with 49 H atoms used for saturate the dangling bonds of the
most internal layer of the slab. The structural analysis of the Si(111) (7x7) reconstructed
surface and the electronic structure analysis showed a good agreement with both the
experimental and theoretical results disposable, reproducing correctly the band structure,
the surface levels and the metallic character of this surface. The obtained energy
per surface atom was 1,132 eV with respect to the bulk energy. It was performed the
study of the vacancy energy formation of adatoms on this surface. We find an average
value of 1,2 eV of a single vacancy formation of adatom the Si(111) (7x7) surface. The
analysis of the energy bands made possible to identify the electronic states due to the
adatoms dangling bonds.
As a first application of the obtained results to the Si(111) (7x7) clean surface, we
investigated the possible states of the physisorption of the chlorobenzene molecules
on specific sites on the Si(111) (7x7) surface. This study showed that chlorobenzene
molecules interact with the surface for distances around 3,0 Å from the adatoms. We
also inferred that the triangular faulted subunit sites are energetically most favorable
to the adsorption than the correspondent triangular unfaulted subunit sites.
We plotted the adsorption energy curve of the chlorobenzene on the corner adatom
at the triangular faulted unitary cell (7x7). The equilibrium distance and the adsorption
energy obtained was 3,005 Å and 0,161 eV, respectively. The magnitude of this
interaction corresponds to a physics adsorption of the chlorobenzene molecule on the
Si(111) (7x7) surface. / Neste trabalho, realizamos o estudo teórico da reconstrução (7x7) da superfície
de Silício crescida na direção [111], denotada por Si(111) (7x7), utilizando para isto o
formalismo da Teoria do Funcional da Densidade, com a Aproximação da Densidade
Local (LDA - LocalDensityApproximation) para o termo de troca correlação. A interação
entre os elétrons de valência e o íon de caroço (núcleo mais os elétrons de caroço) foi
descrita por meio da Teoria dos Pseudopotenciais não locais de norma conservada,
compativel com a LDA. As equações de Kohn Sham de um elétron foram resolvidas
autoconsistentemente, expandindo as funções de um elétronemtermos de combinação
linear de orbitais atômico numéricos, com base double . Todos os cálculos foram
realizados utilizando o código computacional Siesta.
Utilizando o modelo de reconstrução da superfície livre de Si(111) (7x7), proposto
por Takayanagi et al.[1, 2], modelamos a superfície como um slab, cuja célula unitária
(7x7) contém 200 átomos de Si distribuidos em uma camada de adatoms (átomos de Si
adsorvidos sobre a superfície propriamente dita) e quatro outras camadas, além dos
49 átomos de H usados para saturar as ligações pendentes da camada mais interna
ao material. A análise estrutural da superfície reconstruída Si(111) (7x7) e a análise
da estrutura eletrônica mostrou ótima concordância tanto com trabalhos experimentais
quanto teóricos, reproduzindo corretamente a estrutura de bandas, os níveis de
superfície e o caráter metálico desta superfície. A energia obtida em nosso cálculo por
átomo da superfície, com relação à energia bulk, foi de 1,132 eV. Foi feito o estudo da
energia de formação de vacâncias do tipo adatom. Encontramos um valor médio de 1,2
eV para a formação de uma única vacância do tipo adatom na superfície Si(111) (7x7).
A análise da estrutura de bandas do sistema com vacância possibilitou identificar os
estados eletrônicos devido às ligações pendentes dos adatoms.
Como uma primeira aplicação dos resultados obtidos para a superfície livre de
Si(111) (7x7), investigamos possíveis estados de fisiossorção de moléculas de clorobenzeno
sobre sítios específicos sobre a superfície de Si(111) (7x7). Este estudo mostrou
que as moléculas de clorobenzeno interagem com a superfície para distâncias de
aproximadamente 3,0 Å dos adatoms. Também inferimos que sítios da subunidade
triangular faulted são mais favoráveis à adsorção do que sítios correspondentes sobre a
subunidade triangula unfaulted.
Levantamos a curva da energia de adsorção do clorobenzeno sobre o adatom de
canto da subunidade triangular faulted da célula unitária (7x7). A distância de equilíbrio
e a energia de adsorção obtidas foram 3,005 Å e 0,161 eV, respectivamente. A
ordem de grandeza desta interação corresponde a uma adsorção física da molécula de
clorobenzeno sobre a superfície Si(111) (7x7). / Mestre em Física
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/15681 |
| Date | 31 July 2007 |
| Creators | Mikhail, Hanna Degani |
| Contributors | Takahashi, Eduardo Kojy, Fanyao, Qu, Borges, Antônio Newton |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Física, UFU, BR, Ciências Exatas e da Terra |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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