First-Principles Characterization of Transition Metals on Oxide Films = 산화박막 위 금속원자의 흡착특성에 대한 제일원리 연구
저자
발행사항
서울 : University of Seoul, 2010
학위논문사항
Thesis(doctor)-- University of seoul : Physics 2010. 2
발행연도
2010
작성언어
영어
주제어
KDC
420 판사항(4)
발행국(도시)
서울
형태사항
[iii, v], 103 p. : 삽도 ; 26 cm.
일반주기명
Advisor: Inkyu Park
Bibliography : p.78-88
소장기관
Oxide-supported metal clusters and thin films have attracted a great deal of interest due to their importance in a wide range of technological applications, such as heterogeneous catalysis, gas sensors, corrosion-protective coatings, photovoltaic devices, and microelectronics. The adsorption, growth, and electronic characteristics of metal atoms adsorbed on oxides are of special interest, because these factors are supposed to help design and optimize methods for controlling processes concerning the desired chemical reaction and product.
In this thesis, we performed ab initio electronic structure calculations to study the interactions of metal adatoms with ionic oxide atoms involving regular oxide surface atoms, surface oxygen defects like Fs centers, and metal supports. As an oxide, an MgO(001) surface, a prototype of an ionic oxide surface, was chosen here. All calculations were carried out using the density functional theory (DFT).
First, a systematic approach was employed to investigate the adsorption geometries and electronic structures of late transition series (Cu, Ag, Au, Ni, Pd, and Pt) on ideal defect-free MgO(001) surfaces. For the above elements, the adsorption geometries, diffusion, and associated electronic structures were examined. Our calculations showed the favorable adsorption of the transition metal (TM) adatoms on top of the surface O atom. Further analysis showed that the TM-induced states formed in the gap region of MgO(001) vary significantly with the adsorption geometries.
The DFT calculations have been also applied to investigate the adsorption of the TM adatoms (Cu, Ag, Au, Ni, Pd, and Pt) on defective MgO(001) surfaces with Fs centers as surface defects of oxides. The TM adatoms were found to favorably bind on the Fs centers. From the calculated adsorption structures and electronic structures, we carried out a systematic comparative analysis of the interactions of the metal adatoms with the surface oxygen vacancy and the regular surface oxygen atom of MgO(001).
Finally, the adsorption of metal adatoms (Au and Pd) on Fe-supported ultrathin MgO(001) films was studied. Experimentally, it is well known that MgO films are epitaxially grown on Fe(001) due to their favorable physical properties. As such, the Fe/MgO/Fe junctions have been used as a system for magnetic tunnel junctions (MTJs) with huge tunneling-magnetoresistance (TMR) values. Interestingly, our calculations showed that the MgO/Fe(001) films we propose in this work can be used as a viable thin oxide model system. An analysis of the electronic structures in the systems reveals the negative charging even for Pd adatoms with a lower electron affinity. This indicates that the Fe substrate supporting the MgO films significantly influences charge and/or spin states of the metal adatoms. The physical origin of the negative charging of Pd was also discussed. These calculations demonstrate the importance of the interactions of the metal adatoms with underlying oxides for controlling the electronic and chemical properties of metal adatoms, such as charge and spin states.
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