文档介绍：凝聚态物理前沿论文物理学前沿领域——凝聚态物理学凝聚态物理学是当今物理学最大也是最重要的分支学科之一。据 70 年代中期的调查统计,从 60 年代末到 80 年代末,获诺贝尔物理奖的人数中,从事凝聚态研究的人数,超过了研究粒子物理的人数, 接近总人数的一半, 也居首位。凝聚态物理学得以迅猛发展, 首先表现在其研究对象的开拓上。在由原来传统的三维周期性结构, 向着低维甚至非周期结构的发展中, 所涉及到的理论也逐渐地趋于深化与成熟,从 30 年代的晶体结构分析的唯象理论与固体的比热理论、金属自由电子论和铁磁性理论, 发展到 30 年代后的能态理论、电子衍射和 X 射线衍射的动力学理论,以及点阵动力理论。 60 年代以后,在凝聚态物理学中,对称性破缺理论又占据了中心地位。以它为基础, 建立了能态、元激发、缺陷及临界区域四个层次。与之相应, 各种有序态的序参量、广义刚度、标度不变性、自相似结构等一系列新的概念随之诞生。此外, 大量非线性课题相继出现, 使凝聚态物理不仅在深度及广度上冲破了传统固体物理学,而且向着更深层次与更大的范围蓬勃发展。其中一项非常重要的新型研究就是硅原子纳米线的生长, 可以通过这种方式在半导体硅表面精确制造磁性结构, 有重要意义. 本文中将通过对 PRL 上硅表面单原子纳米线研究的相关论文 Above room temperature ism in Mn-ion implanted Si与 Magic Monatomic Linear Chains for Mn Nanowire Self-Assembly on Si(001) 的研究, 解读利用第一性原理研究归纳米线生长的方式,. 利用第一性原理研究各种直径和生长方向的氢钝化硅纳米线的能量相对稳定性和机械性能。为了比较硅纳米线的物理性质和理解在某些方向优先生长的原因,研究了沿着[100],[110],[111],[112] 结晶取向生长的纳米线。第一性原理( First Principle ): 广义的第一性原理计算指的是一切基于量子力学原理的计算; 物质由分子组成, 分子由原子组成, 原子由原子核和电子组成。量子力学计算就是根据原子核和电子的相互作用原理去计算分子结构和分子能量(或离子) ,然后就能计算物质的各种性质。从头算( ab initio ) 是狭义的第一性原理计算,它是指不使用经验参数,只用电子质量,光速, 质子中子质量等少数实验数据去做量子计算。但是这个计算很慢, 所以就加入一些经验参数,可以大大加快计算速度,当然也会不可避免的牺牲计算结果精度。广义的第一原理包括两大类,以 Hartree-Fork 自洽场计算为基础的 ab initio 从头算,和密度泛函理论( DFT )计算。图1图1 是不同生长方向的硅纳米线代表性的截面。其中, 第一张图中的几何体的所有侧面被 4 个[110] 面所束缚而朝向[100] 方向。第二张图中的几何体就像和那些以经验推断的较大直径的硅纳米线一样,朝向[110] 方向,在[111] 和[100] 侧表面有六边形的截面,第三张图中的几何体朝向[111] 方向,且所有侧表面都被[100] 面所束缚。最后一张图中的几何体,与实验中观测到的最细的在所有考虑到的硅纳米线中,表面的悬空键被 H 原子完全终止,以致于硅纳米线表面的每个硅原子被整合为四面