Квантово-химическое моделирование взаимодействий кластеров и тонких пленок серебра с поверхностью альфа-кварца тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат наук Вакула, Никита Игоревич

• Вакула, Никита Игоревич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Вакула, Никита Игоревич

Оглавление

Введение

I. Металлические пленки

1.1. Методы получения тонких пленок

1.1.1. Метод парового осаждения

1.1.1.1. Химическое паровое осаждение

1.1.1.2. Физическое паровое осаждение

1.1.2. Метод распыления

1.1.2.1. Метод магнетронного распыления

1.1.2.2. Метод реакционного распыления

1.2. Методы модификации тонких металлических пленок

1.3. Модели образования тонких пленок

II. Теоретические методы

II. 1. Теория функционала плотности

II. 1.1. Уравнения Кона-Шэма

П. 1.2. Обменно-корреляционный функционал

II. 1.2.1. Локальная аппроксимация плотности

II. 1.2.2. Обобщенная градиентная аппроксимация

П.1.2.3. Гибридные функционалы

П.2. Функционал Харриса

П.З. Теорема Гельмана-Фейнмана

П.4. Выбор базисного набора

11.4.1. Базисные наборы, центрированные на атомах

П.4.2. Плоские волны

П.5. Псевдопотенциалы

П.5.1. вТН псевдопотенциалы

П.5.2. Ультрамягкие псевдопотенциалы

П.6. Расчет физических свойств в периодических системах

П.6.1. Специальные £-точки

II.6.2. Интерполяционные методы

11.7. Гибридная схема гауссовых функций и плоских волн (GPW)

11.8. Плотность состояний

11.9. Внешнее электрическое поле

11.10. Расчет пути минимальной энергии

III. Методика расчетов

III.1. Расчеты с использованием программного пакета СР2К

III. 1.1. Периодическая модель

111.1.2. Кластерная модель

111.1.3. Расчет профиля диффузии

Ш.2. Расчеты с использованием программного пакета Firefly

III.3. Расчеты с использованием программного пакета Quantum Espresso

Результаты и их обсуждение

Постановка вычислительных задач

IV. Адсорбция кластеров серебра на a-Si02 (001)

IV. 1. Моделирование объемной фазы a-кварца

IV.2. Моделирование поверхности a-кварца

IV. 3. Результаты расчета адсорбции кластеров серебра на идеальной поверхности a-Si02 (001)

IV .4. Влияние дефектной поверхности на адсорбцию кластеров серебра

V. Диффузия атома серебра и его катиона через поверхность a-Si02 (001): сравнение идеальной и дефектной поверхностей

V. 1. Моделирование адсорбции атома серебра и его катиона на идеальной и дефектной поверхности a-Si02 (001)

V.2. Барьеры диффузии

VI. Влияние электрического поля на Ag/a-Si02

VII. Моделирование границы раздела фаз Ag(lll)/a-Si02(001)

Результаты и выводы

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Квантово-химическое моделирование взаимодействий кластеров и тонких пленок серебра с поверхностью альфа-кварца»

Введение

Металлические нанопокрытия широко используются во многих областях современной технологии, таких как микроэлектроника, оптика, гетерогенный катализ, производство газовых детекторов и т.д. Границы раздела фаз, которые образуются при взаимодействии переходных металлов с различными оксидами, обладают специфическими физическими свойствами, которые обусловлены появлением поверхностного плазмонного резонанса. Электромагнитные волны, попадая на границу раздела фаз между металлом и диэлектриком, могут спровоцировать резонансное взаимодействие между электромагнитными волнами и подвижными электронами на поверхности металла, когда осцилляции электронов на поверхности совпадают с осцилляциями волн вне металла. В результате образуются поверхностные плазмоны, которые представляют собой коллективные колебания свободного электронного газа.

Было установлено, что при напылении металлических пленок с толщиной в несколько нанометров образуются металлические островковые пленки (МОП), т.е. структуры, в которых пленка металла является массивом кластеров, нанесенных на субстрат.

В целом, свойства и характеристики таких покрытий зависят от многих факторов, например, природа металла, форма и размер его кластеров, адсорбированных на поверхности, свойства самого субстрата, условия, при которых металлические пленки наносились на поверхность диэлектрика. Так, в последнее время был разработан уникальный метод получения фотонных гетероструктур, основанный на растворении пленки металла в диэлектрике, на который он был нанесен, под одновременным воздействием электрического поля и повышенной температуры.

Особое место среди таких структур занимают композиты на основе серебра, получаемые осаждением пленок серебра на стекла или кварц, что объясняется самым низким удельным сопротивлением серебра среди металлов и широкой доступностью кварца в сочетании с его уникальными оптическими свойствами - инертностью, широким диапазоном оптической и волновой прозрачности, а также низким коэффициентом термического расширения.

Понимание процессов, возникающих на границе раздела фаз металл-диэлектрик, необходимо для создания новых материалов с заданными свойствами и расширения области их применения. Современные методы квантовой химии являются мощным инструментом, существенно дополняющим экспериментальные результаты и позволяющим понять механизмы взаимодействий, возникающих на границе раздела фаз металл-диэлектрик.

Таким образом, целью данной работы являлось исследование взаимодействий атома, кластеров и тонких пленок серебра с поверхностью а-кварца с помощью современных методов квантовой и вычислительной химии, ориентированных на расчеты твердого тела.

В рамках этой проблемы решались следующие задачи:

1. Построение квантово-химической модели для описания процессов взаимодействия между кластерами серебра и поверхностью а-кварца (001) с учетом возможных дефектов в поверхностном слое.

2. Изучение начальных стадий образования границы раздела фаз Ag/Si02 на примерах расчетов взаимодействий атома серебра и его катиона с идеальной и дефектной (с примесью А1) поверхностями а-8Ю2 (001).

3. Анализ влияния электрического поля (амплитуды и направления вектора напряженности электрического поля) на свойства системы Ag/Si02.

4. Переход от кластерной модели описания системы Ag/Si02 к модели сплошной металлической пленки.

Научная новизна результатов:

В работе впервые получены следующие результаты:

1. впервые для начальных стадий образования границы раздела фаз Ag/Si02 рассчитаны энергетические барьеры и профили диффузии для атома и катиона серебра на идеальной и дефектной поверхностях а-8Ю2 (001);

2. впервые установлено, что наличие примеси А1 в поверхностном слое а-кварца приводит к образованию химической связи между серебром и субстратом и к существенному понижению величины барьера диффузии;

3. сделан вывод о зависимости свойств системы Ag/Si02 от амплитуды и направления вектора напряженности электрического поля;

4. впервые выполнены расчеты тонких пленок серебра на поверхности альфа-кварца и установлено, что энергия адгезии тонкой пленки серебра к поверхности оксида кремния зависит от строения поверхности субстрата.

Личный вклад диссертанта заключается в сборе и анализе литературных данных, участии в постановке задач, разработке путей их решения, обсуждении и интерпретации результатов, проведении вычислений методами квантовой химии, подготовке публикаций и докладов по теме диссертационной работы.

Научная и практическая значимость работы заключается в том, что полученные в диссертационной работе данные дают представление о влиянии различных факторов на процессы диффузии и адсорбции серебра, происходящие на поверхности альфа-кварца, позволяют детализировать механизмы взаимодействия кластеров и тонких пленок серебра с субстратом на границе раздела фаз. Предложенная схема изучения образования границы раздела фаз в системе Ag/Si02 может

быть использована для анализа систем с другими металлами. Результаты данной работы могут быть использованы для прогнозирования свойств новых композитных материалов на основе серебра и диоксида кремния.

Апробация работы и публикации. Основные результаты данной работы были представлены на Международных конференциях: «Третья выставка инновационных проектов Химического факультета» г. Москва, 2011; «Methods and Applications of Computational Chemistry», г. Львов, Украина, 2011; «14 European Symposium on Gas Phase Electron Diffraction» г. Москва, 2011; «7th Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics» г. Токио, Япония, 2011; «20th Conference on Current Trends in Computational Chemistry», г. Джексон, США, 2011; «Modeling Design of Molecular Materials 2012», Вроцлав, Польша; «The VIII Congress of International Society for The Theoretical Chemical Physics», г. Будапешт, Венгрия, 2013; «Methods and Applications of Computational Chemistry», г. Харьков, Украина, 2013.

По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ: 2 статьи в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень журналов ВАК РФ, и 8 тезисов докладов на конференциях.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методики квантово-химических расчетов, основных результатов и обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы из 176 наименований. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста и включает 49 рисунков, 61 формулу и 7 таблиц.

I. Металлические пленки

Под тонкими пленками принято понимать тонкие слои вещества, имеющие толщины от долей нанометра (моноатомный или мономолекулярные слой) до нескольких микрон. Тонкие пленки могут существовать в различных фазах и по составу, свойствам и структуре могут отличаться от первоначальной фазы. В последние годы особое внимание, как с точки зрения практических приложений, так и научных исследований, привлекают тонкие металлические пленки.

Очень тонкие (наноразмерные) металлические пленки обладают оптическими свойствами, отличными от оптических свойств объемного материала. Тонкие металлические пленки селективно абсорбируют свет, и характер этого процесса существенно зависит от толщины пленки [1]. Тем самым, варьируя толщину напыляемой пленки, можно получать материалы с абсолютно различными оптическими свойствами. Изучению физико-химических свойств металлических пленок посвящено большое число экспериментальных и теоретических работ, обобщенных в монографии [2].

Оказалось, что высокая селективность поглощающих свойств металлических пленок объясняется тем, что тонкие металлические пленки не являются однородным сплошным слоем на поверхности диэлектрика, а представляют двумерный ансамбль наноразмерных металлических кластеров. Такие пленки получили название металлических островковых пленок (МОП). Уникальные оптические свойства таких пленок объясняются как раз тем, что они имеют не сплошную структуру, а «островковую», что вызывает в свою очередь возникновение т.н. локального поверхностного плазмонного резонанса свободных электронов в металлических кластерах.

Поверхностные плазмоны - это волны переменной плотности электрического заряда, которые могут возникать и распространяться в электронной плазме металла вдоль его поверхности или вдоль тонкой металлической пленки.

При определенных условиях поверхностные плазмоны могут возбуждаться под воздействием поляризованного света [3].

На Рис. 1 приведена схема наблюдения поверхностного плазмонного резонанса, которую стали называть по фамилии автора "геометрией Кречманна".

Рис. 1. Геометрия «Кречманна»: 1 - оптически прозрачная среда (напр., призма из стекла); 2 - тонкая металлическая пленка; 3 -распространяющаяся электромагнитная волна; 4 - контактирующая среда; к - волновой вектор фотонов света; кх — проекция волнового вектора на плоскость пленки; к5р - волновой вектор поверхностного плазмона.

Свет проходит сквозь оптически прозрачную среду 1, имеющую относительно большой показатель преломления, например, сквозь призму из стекла и падает под определенным углом на тонкую металлическую пленку 2, нанесенную на поверхность стекла.

3

1

4

Угол падения должен быть больше угла полного внутреннего отражения. Часть света проникает в металл и распространяется в нем в виде быстро затухающей электромагнитной волны 3. Эта волна возбуждает колебания свободных электронов металла - т.н. "электронной плазмы". В этой плазме могут возникать коллективные колебательные движения электронов, которые принято описывать как квазичастицы - т.н. "поверхностные плазмоны".

При выполнении ряда условий (поляризация падающего света, равенства импульсов поверхностного плазмона ksp и компоненты вектора импульса фотона кх, параллельной плоскости пленки) значительная часть энергии света превращается в энергию плазмонов, вследствие чего интенсивность отраженного от поверхности металлической пленки света резко падает. Это явление и называют поверхностным плазмонным резонансом (ППР).

Если металлическая пленка 2 достаточно тонкая (< 200 нм), то значительная часть затухающей в металле электромагнитной волны достигает противоположной поверхности металла. И тогда ППР становится чувствительным к свойствам среды 4, которая контактирует с металлом с противоположной стороны металлической пленки. При этом положение минимума кривой ППР зависит от электрической поляризации среды 4, в частности, от диэлектрической постоянной (которая у диэлектриков равна квадрату показателя преломления света).

Условие равенства волновых векторов записывается в виде

где Я - длина волны света, пс - показатель преломления среды, на поверхности которой находится металлическая пленка (обычно стекла), в - угол падения света на металлическую пленку, квр - волновой вектор поверхностного плазмона металлической пленки, ем - модуль комплексной диэлектрической проницаемости металла, п - показатель

(1.1)

преломления среды, которая находится на противоположной стороне металлической пленки.

Как видно из формулы (1.1), изменения свойств металла или показателя преломления среды 4 также смещают положение резонанса.

Теория Максвелла-Гарнета [4], в которой пленка рассматривается как трехмерная суспензия сферических частиц металла, обладающих оптическими константами такими же, как и объемный материал, позволяет объяснить множество экспериментальных фактов.

Хорошее сопоставление между экспериментальными и теоретическими данными были получены в работе Шоппера [5], в которой металлическая пленка моделировалась двумерным массивом эллипсоидальных частиц в рамках модифицированной теории Максвелла-Гарнета.

Типичная кривая ППР показана на Рис. 2, на котором приведены данные из работы [6] для жидкостей с различными показателями преломления ... п9). Наблюдается четкий и довольно острый резонанс. При изменении свойств металлической пленки или показателя преломления расположенной снаружи среды минимум резонансной кривой заметно смещается.

1.0С

0.95

ПАП

0.85

g- Q.8G

> 0.7«

£ 0.7С

g 0.65

£ O.CC то

•K 0.55 0.5G £ 0.4Э ■g 0.4C .Ы 0.35

? u.au

I O"

Z 0,20 0.15 0.1C 0.05

o.oo

50 41 52 »3 M !»5 56 57 58 59 6« 61 An«!® (Degrees)

Рис. 2. Вид кривых поверхностного плазмонного резонанса [6] для жидкостей с различными показателями преломления (пг ...п9). По оси абсцисс отложен угол падения (градусы), по оси ординат коэффициент отражения света.

1.1. Методы получения тонких пленок

Тонкие пленки, используемые в различных областях оптики и электроники, могут быть получены с использованием различных методов. В целом, существующие методы получения пленок подразделяются на физические, основанные на физическом осаждении из газовой или паровой фазы, и химические, а также промежуточные газофазные химические методы. Основными характеристиками всех методов являются скорость получения покрытий и диапазон достигаемых толщин. Для физических и химических методов парового осаждения (PVD - Physical Vapor Deposition и CVD - Chemical Vapor Deposition) эти параметры обычно находятся в пределах 1...1000 мкм/ч и 0.01... 10(100) мкм, соответственно. Для химических методов они составляют 100... 1000 мкм/ч и 0.1... 1000 мкм; для взрывных (детонационных) и плазменных методов - до 10... 100 мм/ч и 0.1... 10 мм, соответственно.

Далее кратко представлены различные техники напыления тонких пленок металлов и других материалов, используемых для производства микроэлектронных устройств.

1.1.1. Метод парового осаждения

Различают две основные техники парового осаждения: химическое [7] и физическое [8].

1.1.1.1. Химическое паровое осаэвдение

В методе химического парового осаждения (CVD, Chemical Vapor Deposition) [7] образование плёнки осуществляется посредством конденсации летучих соединений интересующего элемента. Осаждаемые материалы вводятся в вакуумную камеру, где они вступают в реакцию или термически разлагаются на/над поверхностью нагретой подложки. Осаждаемый элемент хемосорбируется на поверхности подложки, в то время как продукты распада остаются летучими и откачиваются из камеры. Высокая скорость роста, пространственная однородность, умеренные требования к вакууму и низкая себестоимость привели к широкому распространению этого метода в производстве микросхем.

Главным недостатком этого метода является использование очень высокой температуры [9], что приводит к невозможности применения данного метода для чувствительных к нагреву субстратов и может привести к проблемам при охлаждении подложки благодаря, например, различным коэффициентам термического расширения пленки и субстрата. Однако данную трудность можно преодолеть, если в качестве активационной «затравки» процесса вместо температурного нагрева использовать плазму (так называемая plasma assisted CVD [10]).

1.1.1.2. Физическое паровое осаждение

Наиболее простым и часто используемым является метод термического осаждения или термического испарения (PVD, Physical Vapor Deposition [8]).

Суть метода термического испарения заключается в том, что материал, из которого необходимо получить пленку, нагревается в вакууме до высокой температуры. Испарившиеся атомы в условиях высокого вакуума двигаются по прямолинейным траекториям, не испытывая столкновений.

При ударе атомов испарившегося вещества о какую-либо поверхность, они конденсируются на ней, образуя пленку (Рис. 3).

Рис. 3. Физическое паровое осаждение. 1- субстрат, 2- пленка, 3 -мишень

Для обеспечения прямолинейного движения атомов, т.е. для того, чтобы столкновения между ними свести к минимуму, средняя длина их свободного пробега должна быть больше расстояния от испаряемого вещества до подложки, на которую оно наносится. При давлении Ю"2 Па средняя длина свободного пробега равна 50 см. Нагрев вещества в вакууме осуществляется до температуры, при которой величина

V//////„'// -vv ft'*/*,-// Л-//У* ¿V Sr'SS/ <Г/ »•А"////// ' tsJrJ/SffJt/TT

1

кинетической энергии атомов станет достаточной для их отрыва от поверхности и распространения в окружающем пространстве. Температура подбирается таким образом, чтобы давление собственных паров вещества на несколько порядков превышало давление остаточных газов. При этом зависимость давления собственных паров вещества от температуры испарения Те может быть записана в виде следующего уравнения:

1о8Р.=А-|-, (1.2)

е

где Р5 давление насыщенного пара, Па, А и В постоянные, которые характеризуют природу вещества. Таким образом, чем выше температура испарения, тем больше давление насыщенных паров.

Преимуществом данного метода по сравнению с методом химического испарения является использование более низких температур, что позволяет использовать чувствительные к температурным изменениям субстраты. Поскольку данный процесс может протекать в условиях, далеких от термического равновесия, появляется возможность получать множество метастабильных фаз.

В настоящее время описываемый метод используется в усовершенствованном варианте - молекулярно-лучевой эпитаксии [11]. Суть молекулярно-лучевой эпитаксии состоит в следующем: на подложку направляют молекулярные пучки из одного или нескольких источников и стремятся создать условия для бездефектного роста пленки. Процесс проводится в сверхвысоком вакууме, температура подложки поддерживается оптимальной для осуществления процесса захвата атомов или молекул из пучка.

1.1.2. Метод распыления

Основным принципом получения пленок с помощью техники распыления является выбивание (распыление) атомов из источника

(мишени) путем бомбардирования газовыми ионами (плазма) [12].

О

Рис. 4. Схематическое изображение процесса распыления

Выбитые атомы затем транспортируются к субстрату (подложке), где они конденсируются, образую пленку. Плазма создается в вакуумной камере, заполненной благородным газом, задавая электрический потенциал между мишенью (катодом) и стенками камеры (анодом).

Рис. 5. Система, используемая для получения пленок методом распыления: 1 - катод, 2 - подложка, 3 - анод

Система, используемая для осуществления процесса распыления, схематически изображена на Рис. 5. Прикладываемый потенциал вызывает лавинный эффект в газе: небольшое количество электронов, ускоряющихся от катода, соударяются с атомами благородного газа, ионизируя их и тем самым производя все больше и больше ионов и электронов.

Если кинетическая энергия бомбардирующих ионов достаточно

1 2 3

—► Откачка

высока, то положительно заряженные ионы в плазме притягиваются к отрицательно заряженному катоду, выбивая (распыляя) при этом атомы мишени. Эффективность данного процесса, т.е. скорость напыления, сильно зависит от количества выбитых атомов мишени, приходящихся на один ион благородного газа.

Скорость напыления зависит от ряда факторов [12]: кинетической энергии бомбардирующих ионов благородного газа энергии связывания атомов в мишени угла падения бомбардирующих ионов.

Кроме процессов выбивания атомов, на поверхности мишени происходит также ряд других процессов, которые схематически представлены на Рис. 6.

Рис. 6. Побочные процессы, происходящие при распылении: 1 -бомбардирующие ионы, 1ту - фотоны, 2 - вторичные электроны, 3 -образующиеся дефекты, 4 - каскад упругих столкновений в материале, 5 - распыленные атомы мишени, 6 - рассеянные атомы.

Например, критическим фактором, влияющим на скорость напыления пленок, является коэффициент эмиссии вторичных электронов. Если данный коэффициент большой, т.е. наблюдается значительная эмиссия вторичных электронов, то происходит разрядка газа, т.е. количество бомбардирующих ионов уменьшится, а

1

ОЗ

следовательно уменьшится и скорость напыления.

1.1.2.1. Метод магнетронного распыления

Для того, чтобы достичь более эффективных условий распыления, большинство современных систем используют для распыления магнетроны [12] - мощные электронные лампы, генерирующие микроволны при взаимодействии потока электронов с магнитным полем. В магнетронах магниты помещаются непосредственно под мишенью (Рис. 7).

Мишень

N N

N

Рис. 7. Магнетронное распыление

На электроны будет действовать сила Лоренца:

F = q(E + vxB) (1.3)

где q - заряд, v - скорость частицы, Е и В - электрическое и магнитное поле, соответственно.

Таким образом, под действием магнитного поля электроны будут двигаться по спиралям. Соответственно, ионизирующие электроны будут находиться ближе к мишени, повышая тем самым вероятность ионизации, что приводит к более эффективному распылению и высокой скорости напыления. Использование магнетронов позволяет проводить процесс распыления при более низких давлениях благородного газа, увеличивая при этом качество получаемых пленок. Конечно, магнитное поле также может воздействовать и на ионы газа, но благодаря тому, что масса ионов гораздо больше массы электронов, то этот эффект

пренебрежимо мал.

Наиболее простой способ распыления заключается в приложении постоянного потенциала между мишенью (катодом) и стенками вакуумной камеры (анодом). Это так называемое прямое распыление DC (direct current) [13].

В некоторых же случаях использование электрического потенциала является невозможным. Например, когда в качестве мишени используется диэлектрический материал, то электрический ток не может пройти через материал и, соответственно, для того, чтобы процесс имел место, необходимо использовать потенциал в 1012 В, что не представляется возможным.

В таких случаях используют специальную технику, в которой вместо электрического потенциала прикладывается синусоидальный радиочастотный сигнал, так называемое радиочастотное распыление RF (Radio Frequency) [14].

1.1.2.2. Метод реакционного распыления

Когда необходимо получить пленку какого-нибудь соединения, например, нитрид или оксид, то применяют следующие способы, основанные на распылении, при этом, либо используют непосредственно мишень, изготовленную из необходимого соединения, либо металлическую мишень с реакционным газом, таким как азот или кислород.

Последний метод широко применяется во многих областях, поскольку позволяет использовать постоянный или электрический потенциал, вместо радиочастотного сигнала, а таюке во многих случаях позволяет достичь гораздо более высоких скоростей напыления [15].

Более низкие скорости напыления в случае использования мишеней, изготовленных из конечного соединения, например, оксида алюминия или кремния, обусловлены более высокой энергией

связывания атомов в соединении, а также более высоким коэффициентом вторичной эмиссии.

Наличие взаимодействий между реакционным газом и стенками вакуумной камеры осложняет процесс реакционного распыления и было предпринято много попыток его каким-то образом контролировать.

Моделирование, проведенное в работе [16], показало, что при низких скоростях подачи реакционного газа образуются недокоординированные пленки, в то время как высокие скорости подачи приводят к понижению скорости напыления, формируя соединения на поверхности металлической мишени.

1.2. Методы модификации тонких металлических пленок

Для получения тонких пленок с необходимыми физико-химическими характеристиками широко используются различные приемы модификации пленок. Так в работе [17] для получения островковой структуры металлической пленки на основе серебра и золота был использован двухстадийный процесс испарения (Рис. 8):

Металл А ^ 0 ^ ^Металл А Подложка

ттшшштШшжт

(а) Первая стадия

Металл В ^ ^ § ^ Металл В Металл А

ШШППШШйШШШ

(6) Вторая стадия

Сплав А и В

шташшшшшшш

(в) Нагрев

Рис. 8. Двухстадийный процесс получения тонких металлических пленок [17].

На первом этапе с использованием метода парового осаждения проводилось напыление очень тонкой пленки металла А (Ag или Аи) на субстрате (в качестве которого использовалось, например, стекло), при этом толщина напыляемого металла контролировалась. В процессе напыления температура субстрата поддерживалась постоянной, равной комнатной.

На втором этапе проводилось такое же напыление второго металла В (Аи или Ag) поверх полученной на предыдущем этапе островковой структуры.

Последним этапом процесса было нагревание пленки в печи при 300°С в течение 10 минут для того, чтобы образовался сплав Ag-Au. Концентрация каждого металла в сплаве определялась толщиной соответствующей пленки.

Измерения спектров пропускания показали, что после нагревания в течение 10 минут при 300 градусах образуется пленка сплава: это подтверждается тем, что характеристический для пленки А8-Аи пик в спектре пропускания проявлялся между соответствующими пиками пленок Ag и Аи. Дополнительным подтверждением того, что образуется сплав с равномерно распределенными металлами, является тот факт, что при измерении спектра пропускания пленок А8-Аи и Au-Ag были получены одинаковые спектры, т.е. распределение частиц в конечной пленке не зависело от последовательности напыления металллов. При этом положение характеристического пика в спектрах пропускания сильно зависит от температуры.

Таким образом, оптические свойства тонких пленок могут легко варьироваться путем изменения соотношения количества металлов в сплаве.

Другой важной техникой модификации оптических свойств тонких пленок является нанесение диэлектрического слоя на пленку металла [18].

Так как положение характеристического пика плазмонного резонанса в спектрах пропускания существенно зависит от размера частиц, их формы, расстояния между островками, диэлектрических свойств самой металлической пленки и окружающей среды, то, очевидно, покрытие диэлектрическим слоем металлической пленки должно значительно изменить ее оптические свойства.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Вакула, Никита Игоревич, 2013 год

Список литературы

1. Yamaguchi S. The Resonance Type Absorption of Very Thin Silver and Gold Films // Journal of the Physical Society of Japan. 1960. Vol. 15, № 9. P. 1577-1585.

2. Heavens O.S., Physics. Optical Properties of Thin Solid Films. Dover Publications, 2011. P. 288.

3. Kretschmann E., Raether H. Radiative decay of nonradiative surface plasmons excited by light// Z. Naturforsch. 1968. Vol. 23a. P. 2135-2136.

4. Clegg P.L. The Optical Constants of Thin Metallic Films Deposited by Evaporation // Proceedings of the Physical Society. Section B. 1952. Vol. 65, № 10. P. 774-781.

5. Schopper H. Die Untersuchung diinner absorbierender Schichten mit Hilfe der absoluten Phase // Z. Phys. 1951. Vol. 130. P. 565-584.

6. Renaudin A., Chabot V., Grondin E., Aimez V., Charette P.G. Integrated active mixing and biosensing using surface acoustic waves (SAW) and surface plasmon resonance (SPR) on a common substrate. // Lab on a chip. 2010. Vol. 10, № l.P. 111-115.

7. Dobkin D.M., Zuraw M.K. Principles of Chemical Vapor Deposition. Springer, 2003. P. 288.

8. Mahan J.E. Physical Vapor Deposition of Thin Films. Wiley-Interscience, 2000. P. 336.

9. Kodas T.T., Hampden-Smith M.J. The Chemistry of Metal CVD. Wiley-VCH, 1994. P. 530.

10. Asmussen J., Grotjohn T.A., Schuelke T., Becker M.F., Yaran M.K., King D.J., Wicklein S., Reinhard D.K. Multiple substrate microwave plasmaassisted chemical vapor deposition single crystal diamond synthesis // Applied Physics Letters. 2008. Vol. 93, № 3. P. 031502.

11. Cho A.Y. 1-4 recent advances in molecular beam epitaxy (MBE) // IEEE Transactions on Electron Devices. 1981. Vol. 28, № 10. P. 1209-1210.

12. Behrisch R. Sputtering by Particle Bombardment I. Springer Berlin Heidelberg, 1981. Vol.47.

13. Thornton J.A. Influence of apparatus geometry and deposition conditions on the structure and topography of thick sputtered coatings // Journal of Vacuum Science and Technology. 1974. Vol. 11, № 4. P. 666.

14. Zhu H., Lau Y.C., Pfender E. Radio frequency thermal plasma chemical vapor deposition of superconducting У^агСизС^ films // Journal of Applied Physics. 1991. Vol. 69, № 5. P. 3404.

15. Howson R.P. The reactive sputtering of oxides and nitrides // Pure and Applied Chemistry. 1994. Vol. 66, № 6. P. 1311-1318.

16. Berg S., Nyberg T. Fundamental understanding and modeling of reactive sputtering processes // Thin Solid Films. 2005. Vol. 476, № 2. P. 215-230.

17. Baba K., Okuno Т., Miyagi M. Silver-gold compound metal island films prepared by using a two-step evaporation method // Applied Physics Letters. 1993. Vol. 62, № 5. P. 437.

18. Xu G., Tazawa M., Jin P., Nakao S., Yoshimura K. Wavelength tuning of surface plasmon resonance using dielectric layers on silver island films // Applied Physics Letters. 2003. Vol. 82, № 22. P. 3811.

19. Podlipensky a., Abdolvand a., Seifert G., Graener H., Departs O., Kazansky P.G. Dissolution of Silver Nanoparticles in Glass through an Intense dc Electric Field // The Journal of Physical Chemistry B. 2004. Vol. 108, № 46. P.17699-17702.

20. Mezzapesa F.P., Carvalho I.C.S., Kazansky P.G., Departs O., Kawazu M., Sakaguchi K. Bleaching of sol-gel glass film with embedded gold nanoparticles by thermal poling // Applied Physics Letters. 2006. Vol. 89, № 18. P. 183121.

21. JIimoecKiiii А.А., Мелехии В.Г., Петриков В.Д. Оптическое просветление ионообменных стекол с наночастицами меди под действием электрического поля // Письма в ЖТФ. 2006. Vol. 32, № 6. Р. 89-94.

22. Sancho-Parramon J., Janicki V., Zorc Н.г Loncaric M. Modification of optical properties of metal island films by electric field-assisted dissolution of clusters // Proc. SPIE 7101, Advances in Optical Thin Films III / ed. Kaiser N., Lequime M., Macleod H.A. International Society for Optics and Photonics, 2008. P. 71011X-71011X-7.

23. Sancho-Parramon J., Janicki V., Arbiol J., Zorc H., Peiro F. Electric field assisted dissolution of metal clusters in metal island films for photonic heterostructures // Applied Physics Letters. 2008. Vol. 92, № 16. P. 163108.

24. Marban G., Valdes-Solis T. Towards the hydrogen economy? // International Journal of Hydrogen Energy. 2007. Vol. 32, № 12. P. 1625-1637.

25. Tibiletti D., De Graaf E.A.B., Pheng Teh S., Rothenberg G., Farrusseng D., Mirodatos C. Selective CO oxidation in the presence of hydrogen: fast parallel screening and mechanistic studies on ceria-based catalysts // Journal of Catalysis. 2004. Vol. 225, № 2. P. 489-497.

26. Yang Z, Lu Z„ Luo G., Hermansson K. Oxygen vacancy formation energy at the Pd/Ce02(l 11) interface // Physics Letters A. 2007. Vol. 369, № 1. P. 132-139.

27. Yeriskin I., Nolan M. Effect of La doping on CO adsorption at ceria surfaces. // The Journal of chemical physics. 2009. Vol. 131, № 24. P. 244702.

28. Nolan M. Healing of oxygen vacancies on reduced surfaces of gold-doped ceria. //The Journal of chemical physics. 2009. Vol. 130, № 14. P. 144702.

29. Nolan M. Molecular Adsorption on the Doped (110) Ceria Surface I I The Journal of Physical Chemistry C. 2009. Vol. 113, № 6. P. 2425-2432.

30. Knapp D., Ziegler T. Methane Dissociation on the Ceria (111) Surface // Journal of Physical Chemistry C. 2008. Vol. 112, №44. P. 17311-17318.

31. Yang Z, Fu Z., Wei Y., Lu Z. First-Principles Study on the Effects of Zr Dopant on the CO Adsorption on Ceria // Journal of Physical Chemistry C. 2008. Vol. 112, № 39. P. 15341-15347.

32. Miiller C., Freysoldt C., Baudin M., Hermansson K. An ab initio study of CO adsorption on ceria(llO) // Chemical Physics. 2005. Vol. 318, № 3. P. 180190.

33. Shapovalov V., Metiu H. Catalysis by doped oxides: CO oxidation by AuxCe!_x02//Journal of Catalysis. 2007. Vol. 245, № 1. P. 205-214.

34. Wong K., Zeng Q., Yu A. Interfacial synergistic effect of the Cu monomer or CuO dimer modified Ce02(lll) catalyst for CO oxidation // Chemical Engineering Journal. 2011. Vol. 174, № 1. P. 408-412.

35. Alvarez-Ramirez F., Martinez-Magadan J.M., Gomes J.R.B., Illas F. On the geometric structure of the (0001) hematite surface // Surface Science. 2004. Vol. 558, №1. P. 4-14.

36. Chai C.C., Peng J., Yan B.P. Preparation and gas-sensing properties of a-Fe203 thin films // Journal of Electronic Materials. 1995. Vol. 24, № 7. P. 799-804.

37. Liu X.Q., Tao S.W., Shen Y.S. Preparation and characterization of nanocrystalline a-Fe203 by a sol-gel process // Sensors and Actuators B: Chemical. 1997. Vol. 40, № 2. P. 161-165.

38. Sun H.-T., Cantalini C., Faccio M., Pelino M. N02 gas sensitivity of sol-gel-derived <x-Fe203 thin films // Thin Solid Films. 1995. Vol. 269, № 1. P. 97101.

39. Yin S., Ellis D.E. H20 adsorption and dissociation on defective hematite (0001) surfaces: A DFT study // Surface Science. 2008. Vol. 602, № 12. P. 2047-2054.

40. Mason S.E., Iceman C.R., Tanwar K.S., Trainor T.P., Chaka A.M. Pb(II) Adsorption on Isostructural Hydrated Alumina and Hematite (0001) Surfaces: A DFT Study // The Journal of Physical Chemistry C. 2009. Vol. 113, № 6. P. 2159-2170.

41. Zhong J., Adams J.B. Adhesive metal transfer at the Al(l 1 l)/a-Fe203 (0001) interface: a study with ab initio molecular dynamics // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. 2008. Vol. 16, № 8. P. 085001.

42. Ma X., Liu L., Jin J., Stair P.C., Ellis D.E. Experimental and theoretical studies of adsorption of CH3 on cc-FeiC^ (0001) surfaces // Surface Science.

2006. Vol. 600, № 14. P. 2874-2885. "

43. Rohrbach A., Hafner J., Kresse G. Ab initio study of the (0001) surfaces of hematite and chromia: Influence of strong electronic correlations // Physical Review B. 2004. Vol. 70, № 12. P. 125426.

44. Rollmann G., Rohrbach A., Entel P., Hafner J. First-principles calculation of the structure and magnetic phases of hematite H Physical Review B. 2004. Vol. 69, № 16. P. 165107.

45. Handzlik J. Properties and metathesis activity of monomeric and dimeric Mo centres variously located on y-alumina - A DFT study // Surface Science.

2007. Vol. 601, № 9. P. 2054-2065.

46. Xiao L., Schneider W.F. Influence of a-alumina supports on oxygen binding to Pd, Ag, Pt, and Au // Chemical Physics Letters. 2010. Vol. 484, № 4. P. 231-236.

47. Hinnemann B„ Carter E.A. Adsorption of Al, O, Hf, Y, Pt, and S Atoms on a-Al203(0001) // Journal of Physical Chemistry C. 2007. Vol. 111, № 19. P. 7105-7126.

48. Jarvis E.A.., Christensen A., Carter E.A. Weak bonding of alumina coatings on Ni(l 11) // Surface Science. 2001. Vol. 487, № 1. P. 55-76.

49. Xiao L., Schneider W.F. Surface termination effects on metal atom adsorption on a-alumina // Surface Science. 2008. Vol. 602, № 21. P. 3445-3453.

50. Prada S., Rosa M., Giordano L., Di Valentin C., Pacchioni G. Density functional theory study of Ti02/Ag interfaces and their role in memristor devices // Physical Review B. 2011. Vol. 83, № 24. P. 245314.

51. Jensen F. Introduction to Computational Chemistry. Wiley, 2006. P. 624.

52. Born M., Oppenheimer R. Zur Quantentheorie der Molekeln // Annalen der Physik. 1927. Vol. 389, № 20. P. 457-484.

53. Hohenberg P., Kohn W. Inhomogeneous Electron Gas // Physical Review. 1964. Vol. 136, № 3B. P. B864-B871.

54. Kohn W., Sham L.J. Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects // Physical Review. 1965. Vol. 140, № 4A. P. A1133-A1138.

55. Perdew J.P. Self-interaction correction to density-functional approximations for many-electron systems // Physical Review B. 1981. Vol. 23, № 10. P. 5048-5079.

56. Vosko S.H., Wilk L., Nusair M. Accurate spin-dependent electron liquid correlation energies for local spin density calculations: a critical analysis // Canadian Journal of Physics. 1980. Vol. 58, № 8. P. 1200-1211.

57. Ceperley D.M. Ground State of the Electron Gas by a Stochastic Method // Physical Review Letters. 1980. Vol. 45, № 7. P. 566-569.

58. Payne M.C., Arias T.A., Joannopoulos J.D. Iterative minimization techniques for ab initio total-energy calculations: molecular dynamics and conjugate gradients // Reviews of Modern Physics. 1992. Vol. 64, № 4. P. 1045-1097.

59. Gunnarsson O., Jones R.O. Extensions of the LSD approximation in density functional calculations // The Journal of Chemical Physics. 1980. Vol. 72, № 10. P. 5357.

60. Chan M.K.Y., Ceder G. Efficient Band Gap Prediction for Solids // Physical Review Letters. 2010. Vol. 105, № 19. P. 196403.

61. Kohn W., Becke A.D., Parr R.G. Density Functional Theory of Electronic Structure. 1996. Vol. 0, № 96. P. 12974-12980.

62. Perdew J. Accurate Density Functional for the Energy: Real-Space Cutoff of the Gradient Expansion for the Exchange Hole // Physical Review Letters.

1985. Vol. 55, № 16. P. 1665-1668.

63. Perdew J.P., Yue W. Accurate and simple density functional for the electronic exchange energy: Generalized gradient approximation // Physical Review B.

1986. Vol. 33, № 12. P. 8800-8802.

64. Parr R.G., Weitao Y. Density-Functional Theory of Atoms and Molecules (International Series of Monographs on Chemistry). Oxford University Press, USA, 1994. P. 352.

65. Becke A.D. Density functional calculations of molecular bond energies // The Journal of Chemical Physics. 1986. Vol. 84, № 8. P. 4524.

66. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple // Physical Review Letters. 1996. Vol. 77, № 18. P. 3865-3868.

67. Perdew J., Burke K., Wang Y. Generalized gradient approximation for the exchange-correlation hole of a many-electron system // Physical Review B.

1996. Vol. 54, № 23. P. 16533-16539.

68. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple [Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996)] // Physical Review Letters.

1997. Vol. 78, № 7. P. 1396-1396.

69. Ziesche P., Kurth S., Perdew J.P. Density functional from LDA to GGA II Computational Materials Science. 1998. Vol. 11, № 2. P. 122-127.

70. Jaramillo J., Scuseria G.E., Ernzerhof M. Local hybrid functional // The Journal of Chemical Physics. 2003. Vol. 118, № 3. P. 1068.

71. Paier J., Hirschl R., Marsman M., Kresse G. The Perdew-Burke-Ernzerhof exchange-correlation functional applied to the G2-1 test set using a plane-wave basis set. // The Journal of chemical physics. 2005. Vol. 122, № 23. P. 234102.

72. Adamo C., Barone V. Toward reliable adiabatic connection models free from adjustable parameters // Chemical Physics Letters. 1997. Vol. 274, № 1-3. P. 242-250.

73. Becke A.D. Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange // The Journal of Chemical Physics. 1993. Vol. 98, № 7. P. 5648.

74. Adamo C., Barone V. Toward reliable density functional methods without adjustable parameters: The PBE0 model // The Journal of Chemical Physics. 1999. Vol. 110, №13. P. 6158.

75. Ernzerhof M., Scuseria G.E. Kinetic energy density dependent approximations to the exchange energy // The Journal of Chemical Physics. 1999. Vol. Ill, №3. P. 911.

76. Harris J. Simplified method for calculating the energy of weakly interacting fragments // Physical Review B. 1985. Vol. 31, № 4. P. 1770-1779.

77. Weinert M., Watson R., Davenport J. Total-energy differences and eigenvalue sums // Physical Review B. 1985. Vol. 32, № 4. P. 2115-2119.

78. Foulkes W., Haydock R. Tight-binding models and density-functional theory // Physical Review B. 1989. Vol. 39, № 17. P. 12520-12536.

79. Sankey O., Niklewski D. Ab initio multicenter tight-binding model for molecular-dynamics simulations and other applications in covalent systems // Physical Review B. 1989. Vol. 40, № 6. P. 3979-3995.

80. Methfessel M. Independent variation of the density and the potential in density-functional methods // Physical Review B. 1995. Vol. 52, № 11. P. 8074-8081.

81. Wendel H., Martin R. Theory of structural properties of covalent semiconductors //Physical Review B. 1979. Vol. 19, № 10. P. 5251-5264.

82. Hellmann H. Einführung in die quantenchemie,. Leipzig und Wien: F. Deuticke, 1937.

83. Feynman R. Forces in Molecules // Physical Review. 1939. Vol. 56, № 4. P. 340-343.

84. Новаковская IO.B. Молекулярные системы. Теория строения и взаимодействия с излучением. Часть И. Квантовые состояния молекул. Москва: Едиториал УРСС, 2004.

85. Slater J. Wave Functions in a Periodic Potential // Physical Review. 1937. Vol. 51, №10. P. 846-851.

86. Martin R.M. Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods (v. 1). Cambridge University Press, 2008. P. 647.

87. Цирельсоп В. Квантовая химия. Молекулы, молекулярные системы и твердые тела. Москва: Бином, 2010.

88. Kittel С. Introduction to Solid State Physics. Wiley, 2004. P. 704.

89. Kaxiras E. Atomic and Electronic Structure of Solids. Cambridge University Press, 2003. P. 700.

90. Fermi E. Sopra lo Spostamento per Pressione delle Righe Elevate delle Serie Spettrali // II Nuovo Cimento. 1934. Vol. 11, № 3. P. 157-166.

91. Hamann D., Schlüter M., Chiang C. Norm-Conserving Pseudopotentials // Physical Review Letters. 1979. Vol. 43, № 20. P. 1494-1497.

92. Troullier N., Martins J.L. Efficient pseudopotentials for plane-wave calculations //Physical Review B. 1991. Vol. 43, № 3. P. 1993-2006.

93. Harrison W.A. Solid State Theory. Dover Publications, 1980. P. 576.

94. Chelikowsky J.R. The pseudopotential-density functional method applied to nanostructures // Journal of Physics D: Applied Physics. 2000. Vol. 33, № 8. P. R33-R50.

95. Bachelet G., Hamann D., Schlüter M. Pseudopotentials that work: From H to Pu // Physical Review B. 1982. Vol. 26, № 8. P. 4199^1228.

96. Louie S., Froyen S., Cohen M. Nonlinear ionic pseudopotentials in spin-density-functional calculations // Physical Review B. 1982. Vol. 26, № 4. P. 1738-1742.

97. Goedecker S., Teter M., Hutter J. Separable dual-space Gaussian pseudopotentials // Physical Review B. 1996. Vol. 54, № 3. P. 1703-1710.

98. Lippert G., Parrinello M., Hutter J. A hybrid Gaussian and plane wave density functional scheme // Molecular Physics. 1997. Vol. 92, № 3. P. 477488.

99. Vanderbilt D. Soft self-consistent pseudopotentials in a generalized eigenvalue formalism // Physical Review B. 1990. Vol. 41, № 11. P. 78927895.

100. Blöchl P. Generalized separable potentials for electronic-structure calculations // Physical Review B. 1990. Vol. 41, № 8. P. 5414-5416.

101. Kresse G. From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method // Physical Review B. 1999. Vol. 59, № 3. P. 1758-1775.

102. Laasonen K., Pasquarello A., Car R., Lee C., Vanderbilt D. Car-Parrinello molecular dynamics with Vanderbilt ultrasoft pseudopotentials // Physical Review B. 1993. Vol. 47, № 16. P. 10142-10153.

103. Kresse G., Hafner J. Ab initio molecular dynamics for open-shell transition metals//Physical Review B. 1993. Vol. 48, № 17. P. 13115-13118.

104. Sawada H., Morikawa Y., Terakura K., Hamada N. Jahn-Teller distortion and magnetic structures in LaMn03 // Physical Review B. 1997. Vol. 56, № 19. P. 12154-12160.

105. Kresse G. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set // Physical Review B. 1996. Vol. 54, № 16. P. 11169-11186.

106. Kresse G., Furthmiiller J. Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set // Computational Materials Science. 1996. Vol. 6, № 1. P. 15-50.

107. Moroni E., Kresse G., Hafiier J., Furthmiiller J. Ultrasoft pseudopotentials applied to magnetic Fe, Co, and Ni: From atoms to solids // Physical Review B. 1997. Vol. 56, № 24. P. 15629-15646.

108. MacDonald A. Comment on special points for Brillouin-zone integrations // Physical Review B. 1978. Vol. 18, № 10. P. 5897-5899.

109. Monkhorst H.J., Pack J.D. Special points for Brillouin-zone integrations // Physical Review B. 1976. Vol. 13, № 12. P. 5188-5192.

110. Bjórkman T., Granas O. Adaptive smearing for Brillouin zone integration // International Journal of Quantum Chemistry. 2011. Vol. Ill, № 5. P. 10251030.

111. Methfessel M., Paxton A. High-precision sampling for Brillouin-zone integration in metals H Physical Review B. 1989. Vol. 40, № 6. P. 36163621.

112. Fu C., Ho K. First-principles calculation of the equilibrium ground-state properties of transition metals: Applications to Nb and Mo // Physical Review B. 1983. Vol. 28, № 10. P. 5480-5486.

113. Marzari N., Vanderbilt D., De Vita A., Payne M. Thermal Contraction and Disordering of the Al(l 10) Surface // Physical Review Letters. 1999. Vol. 82, № 16. P. 3296-3299.

114. Gilat G., Bharatiya N. Tetrahedron method of zone integration: Inclusion of matrix elements // Physical Review B. 1975. Vol. 12, № 8. P. 3479-3481.

115. Gilat G. Analysis of methods for calculating spectral properties in solids // Journal of Computational Physics. 1972. Vol. 10, № 3. P. 432-465.

116. MacDonald A.H., Vosko S.H., Coleridge P.T. Extensions of the tetrahedron method for evaluating spectral properties of solids // Journal of Physics C: Solid State Physics. 1979. Vol. 12, № 15. P. 2991-3002.

117. Santarossa G., Vargas A., Iannuzzi M., Pignedoli C.A., Passerone D., Baiker A. Modeling bulk and surface Pt using the "Gaussian and plane wave" density functional theory formalism: validation and comparison to k-point plane wave calculations. // The Journal of chemical physics. 2008. Vol. 129, № 23. P. 234703.

118. Kokalj A., Matsushima T. A density-functional theory study of the interaction of N20 with Rh(l 10). // The Journal of chemical physics. 2005. Vol. 122, № 3. P. 34708.

119. Hernández-Nieves A.D., Partoens B., Peeters F.M. Electronic and magnetic properties of superlattices of graphene/graphane nanoribbons with different edge hydrogenation // Physical Review B. 2010. Vol. 82, № 16. P. 165412.

120. Kokalj A., Dal Corso A., De Gironcoli S., Baroni S. The Interaction of Ethylene with Perfect and Defective Ag(001) Surfaces // The Journal of Physical Chemistry B. 2002. Vol. 106, № 38. P. 9839-9846.

121. Lozovoi A.Y., Alavi A. Vibrational frequencies of CO on Pt(lll) in electric field: A periodic DFT study // Journal of Electroanalytical Chemistry. 2007. Vol. 607, № 1-2. P. 140-146.

122. Lozovoi A. Y., Alavi A., Kohanojf J., Lynden-Bell R.M. Ab initio simulation of charged slabs at constant chemical potential // The Journal of Chemical Physics. 2001. Vol. 115, №4. P. 1661.

123. Taylor C., Wasileski S., Filhol J.-S., Neurock M. First principles reaction modeling of the electrochemical interface: Consideration and calculation of a tunable surface potential from atomic and electronic structure // Physical Review B. 2006. Vol. 73, № 16. P. 165402.

124. Lozovoi A., Alavi A. Reconstruction of charged surfaces: General trends and a case study of Pt(110) and Au(110) // Physical Review B. 2003. Vol. 68, № 24. P. 245416.

125. He Y., Wei X., Chan C., Che J. Effect of external electric field on the surface energetics of Ag^Si(lll) // Physical Review B. 2005. Vol. 71, № 4. P. 045401.

126. Neugebauer J., Scheffler M. Adsorbate-substrate and adsorbate-adsorbate interactions of Na and K adlayers on Al(lll) // Physical Review B. 1992. Vol. 46, № 24. P. 16067-16080.

127. Feibelman P. Surface-diffusion mechanism versus electric field: Pt/Pt(001) // Physical Review B. 2001. Vol. 64, № 12. P. 125403.

128. Resta R., Kunc K. Self-consistent theory of electronic states and dielectric response in semiconductors // Physical Review B. 1986. Vol. 34, № 10. P. 7146-7157.

129. Meyer M. Diffusion et défauts ponctuels : quel est l'apport de la simulation numerique? // Journal de Physique Iïï. 1995. Vol. 5, № 11. P. 1771-1786.

130. Mills G., Jônsson H. Quantum and thermal effects in H2 dissociative adsorption: Evaluation of free energy barriers in multidimensional quantum systems // Physical Review Letters. 1994. Vol. 72, № 7. P. 1124-1127.

131. Henkelman G., Uberuaga B.P., Jônsson H. A climbing image nudged elastic band method for finding saddle points and minimum energy paths // The Journal of Chemical Physics. 2000. Vol. 113, № 22. P. 9901.

132. Henkelman G., Jônsson H. Improved tangent estimate in the nudged elastic band method for finding minimum energy paths and saddle points // The Journal of Chemical Physics. 2000. Vol. 113, № 22. P. 9978.

133. VandeVondele J., Krack M., Mohamed F., Parrinello M., Chassaing T., Hutter J. Quickstep: Fast and accurate density functional calculations using a mixed Gaussian and plane waves approach // Computer Physics Communications. 2005. Vol. 167, № 2. P. 103-128.

134. Granovsky A. A. Firefly version

http://classic.chem.msu.su/gran/firefly/index.html.

8.0.0,

135. Giannozzi P., Baroni S., Bonitti N., Calandra M., Car R., Cavazzoni C., Ceresoli D., Chiarotti G.L., Cococcioni M., Dabo I., Dal Corso A., De Gironcoli S., Fabris S., Fratesi G., Gebauer R., Gerstmann U., Gougoussis C., KokaljA., Lazzeri M., Martin-Samos L., Marzari N., Mauri F., Mazzarello R., Paolini S., Pasquarello A., Paulatto L., Sbraccia C., Scandolo S., Sclauzero G., Seitsonen A.P., Smogunov A., Umari P., Wentzcovitch R.M. QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials. // Journal of physics: Condensed matter. 2009. Vol. 21, № 39. P. 395502.

136. Makov G., Payne M. Periodic boundary conditions in ab initio calculations // Physical Review B. 1995. Vol. 51, № 7. P. 4014-4022.

137. Glinnemann J., King H.E., Schulz H., Hahn T., Placa S.J. La, Dacol F. Crystal structures of the low-temperature quartz-type phases of Si02 and Ge02 at elevated pressure // Zeitschrift fiir Kristallographie. 1992. Vol. 198, № 3-4. P. 177-212.

138. Zakaznova-Herzog V., Nesbitt H., Bancroft G., Tse J., Gao X., Skinner W. High-resolution valence-band XPS spectra of the nonconductors quartz and olivine // Physical Review B. 2005. Vol. 72, № 20. P. 205113.

139. Xu Y., Ching W. Electronic and optical properties of all polymorphic forms of silicon dioxide // Physical Review B. 1991. Vol. 44, № 20. P. 11048-11059.

140. Li Y., Ching W. Band structures of all polycrystalline forms of silicon dioxide // Physical Review B. 1985. Vol. 31, № 4. P. 2172-2179.

141. DiStefano T., Eastman D. Photoemission Measurements of the Valence Levels of Amorphous Si02 // Physical Review Letters. 1971. Vol. 27, № 23. P. 1560-1562.

142. Ibach H., Rowe J. Electron orbital energies of oxygen adsorbed on silicon surfaces and of silicon dioxide // Physical Review B. 1974. Vol. 10, № 2. P. 710-718.

143. Wiech G. X-ray spectroscopic investigation of the electronic structure of a-quartz and stishovite (Si02) // Solid State Communications. 1984. Vol. 52, № 9. P. 807-809.

144. Koudriachova M.V., Beckers J.V.L., De Leeuw S.W. Computer simulation of the quartz surface: a combined ab initio and empirical potential approach // Computational Materials Science. 2001. Vol. 20, № 3-4. P. 381-386.

145. Rignanese G.-M., De Vita A., Charlier J.-C., Gonze X., Car R. First-principles molecular-dynamics study of the (0001) a-quartz surface // Physical Review B. 2000. Vol. 61, № 19. P. 13250-13255.

146. Leeuw N.H. De, Higgins F.M., Parker S.C. Modeling the Surface Structure and Stability of a-Quartz. 1999. P. 1270-1277.

147. Bart F., Gautier M. A LEED study of the (0001) a-quartz surface reconstruction // Surface Science. 1994. Vol. 311, № 1-2. P. L671-L676.

148. Goumans T.P.M., Wander A., Brown W.A., Catlow C.R.A. Structure and stability of the (001) alpha-quartz surface. // Physical chemistry chemical physics. 2007. Vol. 9, № 17. P. 2146-2152.

149. Iddir //., Ogiit S., Browning N., Disko M. Adsorption and diffusion of Pt and Au on the stoichiometric and reduced Ti02 rutile (110) surfaces // Physical Review B. 2005. Vol. 72, № 8. P. 081407.

150. Pabisiak T., Kiejna A. First-principles study of Au nanostructures on rutile Ti02(l 10) // Physical Review B. 2009. Vol. 79, № 8. P. 085411.

151. Yao Hong-Ying, Gu Xiao, Ji Mill, Zhang Di-Er G.X.-G. First-principles study of metal atoms adsorbed on Si02 surface // Acta Physica Sinica. 2006. Vol. 55, № 11. P. 6042-6046.

152. Mazheika A.S., Matulis V.E., Ivashkevich O.A. Quantum chemical study of adsorption of Ag2, Ag4 and Ag8 on stoichiometric Ti02 (110) surface // Journal of Molecular Structure: THEOCHEM. 2010. Vol. 942, № 1-3. P. 4754.

153. Farmer J.A., Baricuatro J.H., Campbell C.T. Ag Adsorption on Reduced Ce02 (111) Thin Films // The Journal of Physical Chemistry C. 2010. Vol. 114, №40. P. 17166-17172.

154. Mazheika A.S., Bredow T., Matulis V.E., Ivashkevich O.A. Theoretical Study of Adsorption of Ag Clusters on the Anatase Ti02 (100) Surface // The Journal of Physical Chemistry C. 2011. Vol. 115, № 35. P. 17368-17377.

155. Shang-Yi M., Shao-Qing W. Characterization of Ag adsorption on TiC(OOl) substrate: an ab initio study // Chinese Physics B. 2008. Vol. 17, № 10. P. 3856-3866.

156. Whitten J. Theory of chemisorption and reactions on metal surfaces // Surface Science Reports. 1996. Vol. 24, № 3-4. P. 55-124.

157. Tautennann C.S., Clary D.C. Comparative study of cluster- and supercell-approaches for investigating heterogeneous catalysis by electronic structure methods: tunneling in the reaction N + H --> NH on Ru(0001). // Physical chemistry chemical physics. 2006. Vol. 8, № 12. P. 1437-1444.

158. Neyman K.M., Illas F. Theoretical aspects of heterogeneous catalysis: Applications of density functional methods // Catalysis Today. 2005. Vol. 105, № LP. 2-16.

159. Delgado J.M., Rodes A., Orts J.M. B3LYP and in Situ ATR-SEIRAS Study of the Infrared Behavior and Bonding Mode of Adsorbed Acetate Anions on Silver Thin-Film Electrodes // Journal of Physical Chemistry C. 2007. Vol. Ill, №39. P. 14476-14483.

160. Idrobo J., Ögüt S., Jellinek J. Size dependence of the static polarizabilities and absorption spectra of Agn(n=2-8) clusters // Physical Review B. 2005. Vol. 72, № 8. P. 085445.

161. Srinivas S., Salian U.A., Jellinek J. Metal-Ligand Interactions in Chemistry, Physics and Biology / ed. Russo N., Salahub D.R. Dordrecht: Springer Netherlands, 2000. P. 295.

162. Poteau R., Heully J.-L., Spiegelmann F. Structure, stability, and vibrational properties of small silver cluster // Zeitschrift für Physik D Atoms, Molecules and Clusters. 1997. Vol. 40. P. 479^182.

163. Santamaria R., Kaplan I.G., Novaro O. A comparative theoretical study of stable geometries and energetic properties of small silver clusters // Chemical Physics Letters. 1994. Vol. 218, № 5-6. P. 395-400.

164. Simard B., Hackett P.A., James A.M., Lang ridge-Smith P.R.R. The bond length of silver dimer // Chemical Physics Letters. 1991. Vol. 186, № 4. P. 415-422.

165. Morse M.D. Clusters of transition-metal atoms // Chemical Reviews. 1986. Vol. 86, №6. P. 1049-1109.

166. Hilpert K, Gingerich K.A. Atomization Enthalpies of the Molecules Cu3, Ag3, and Au3 // Berichte der Bunsengesellschaft für physikalische Chemie. 1980. Vol. 84, № 8. P. 739-745.

167. Young V.Y., Gibbs R.A., Winograd N., Kim K.S. X-ray photoemission studies of atom implanted solids: Ag and Au in Si02 // Chemical Physics Letters. 1978. Vol. 54, № 2. P. 378-382.

168. Numazawa S., Ranjan M., Heinig K.-H., Facsko S., Smith R. Ordered Ag nanocluster structures by vapor deposition on pre-patterned Si02. // Journal of physics: Condensed matter. 2011. Vol. 23, № 22. P. 222203.

169. Norby P., Dinnebier R., Fitch A.N. Decomposition of Silver Carbonate; the Crystal Structure of Two High-Temperature Modifications of Ag2C03 // Inorganic Chemistry. 2002. Vol. 41, № 14. P. 3628-3637.

170. Allen J.P., Scanion D.O., Watson G.W. Electronic structures of silver oxides // Physical Review B. 2011. Vol. 84, № 11. P. 115141.

171. Schnadt R., Schneider J. The electronic structure of the trapped-hole center in smoky quartz // Physik der Kondensierten Materie. 1970. Vol. 11, № 1. P. 19—42.

172. McBrayer J.D. Diffusion of Metals in Silicon Dioxide // Journal of The Electrochemical Society. 1986. Vol. 133, № 6. P. 1242.

173. Bozzolo G., Ferrante J. Determination of parameters of a method for predicting alloy properties // Physical Review B. 1992. Vol. 46, № 13. P. 8600-8602.

174. Zarechnaya E.Y., Skorodumova N.V., Simak S.I., Johansson B., Isaev E.I. Theoretical study of linear monoatomic nanowires, dimer and bulk of Cu, Ag, Au, Ni, Pd and Pt // Computational Materials Science. 2008. Vol. 43, № 3. P. 522-530.

175. Goumans T.P.M., Wander A., Brown W.A., Catlow C.R.A. Structure and stability of the (001) alpha-quartz surface. // Physical chemistry chemical physics. 2007. Vol. 9, № 17. P. 2146-2152.

176. Kim Y.D., Wei T., Wendt S., Goodman D.W. Ag Adsorption on Various Silica Thin Films // Langmuir. 2003. Vol. 19, № 19. P. 7929-7932.