MAX相中的多种表面重构方法

《Nanoscale》：Diverse surface reconstructions in MAX phases

MAX相表面重构及其动态稳定性研究。通过第一性原理计算，分析不同A元素（第13-16族）在表面的重构类型，如buckling、dimer/trimers、pentagon chains和Kagome lattice，发现重构后动态稳定且与电子结构关联，如能带分裂和价键重组。

　　

在MAX相中，表面重构展现出与半导体表面相似的复杂性，这种复杂性受到其独特的电子特性和结构特性之间复杂相互作用的影响。通过利用第一性原理电子学和声子计算方法，我们研究了可能发生在过渡金属碳化物和氮化物（即MAX相）表面的各种表面重构现象，尤其是当周期表中第13族到第16族的A元素原子位于最顶层表面时。在许多MAX相中，例如Ti₂AlC、Ti₂AlN、Ti₂GaC和Ti₂InC，表面的A层表现出动态稳定性，并保持类似体材料的六边形结构。相反，某些相则具有动态不稳定性，这表现为软声子模式的存在，从而导致A层的重构，例如出现屈曲（如Ti₂PbC和Ti₂SnC）、二聚体/三聚体（如Ti₂PC）、四聚体（如Ti₂SiC和Ti₂GeC）、五边形链（如Ti₂SiC）或卡戈梅晶格（如Ti₂ZnC）等结构。在这些表面重构之后，由于A-A轨道相互作用在低能量下引起的能带分裂以及费米能级处A悬挂键态的重新杂化，表面重新获得了动态稳定性。表面重构的多样性及其与电子性质的关联，凸显了MAX相中表面现象的复杂性。