First-principles calculation study of the long-range restructuring of noble-metal surfaces

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05333
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: ISHIDA Hiroshi 日本大学, 文理学部, 教授 (60184537)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 表面再構成 / 第一原理計算 / 半無限結晶表面 / エムベッディッドGreen関数法

Outline of Final Research Achievements

The electronic structure of long-period reconstructed surfaces of noble metals such as a gold(111) surface, was investigated by first-principles density-functional-theory calculations. In doing so, by calculating the electronic structure of truly semi-infinite surfaces using the embedded Green's function method, we were able to obtain important information not accessible with standard periodic-slab surface models. Among them are (i) the mini-bandgap generated in the surface band by the long-period potential and (ii) the energy width of a surface state that becomes a surface resonance due to the back folding of the surface Brillouin zone.

Free Research Field

固体物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

通常、固体表面の電子構造は、周期薄膜モデルを用いて行われる。この場合、表面垂直方向の電子のエネルギー準位が離散化されてしまうため、ミリeVのオーダーの正確な電子状態を記述することができない。従って貴金属の長周期再構成表面を特徴づける表面共鳴状態のエネルギー幅やミニブリュアン域のゾーン境界に現れるバンドギャップは周期薄膜モデルでは計算できない。本研究では真に半無限結晶表面の電子構造を計算することにより、これら長周期再構成表面の電子構造を正確に計算した。本研究で得られた貴金属再構成表面の電子構造の計算結果は、今後、光電子分光などの実験において重要な手引きになると考える。