제일 원리 계산을 이용한 Si(001) 표면에서 1,5-cyclooctadiene 분자의 흡착에 관한 연구

Abstract

실리콘 표면 위에 흡착된 유기분자는 그 것의 넓은 응용성으로 인해 많은 연구자들이 관심을 가지는 분야이다. 본 논문에서는 Si(001) 표면에 흡착된 1,5-cycrooctadiene 분자의 기하학적 구조와 STM 이미지, 그리고 스위칭효과를 Generalized Gradient Approximation 과 pseudopotential 방법을 활용하여 이론적으로 연구하였다. Si(001) 표면 위에 흡착된 1,5-cyclooctadiene 분자는 upright와 bridge 구조의 2가지 기하학적 형태를 갖고 bridge구조가 upright구조보다 에너지적으로 더 안정성을 갖는 구조이다. 이전에 연구된 STM 실험과 본 논문에서 제시한 시물레이션 STM 이미지를 통해 실험적 이미지와 이론적 이미지가 잘 일치하는 것을 비교하였고, 1,5-cyclooctadiene 분자의 흡착구조가 upright와 bridge구조라는 것을 다시 한 번 확인하였다. 1,5-cyclooctadiene 분자는 기하학적인 대칭성을 가지고 있고, 이러한 성질로 인해 축퇴상태가 존재한다. 이러한 축퇴현상은 스위칭현상을 이해하는데 중요한 역할을 하며, 스위칭효과를 설명하기 위해 transition 상태를 계산하였다. transition 구조와 bridge 구조의 에너지 비교를 통해 에너지장벽이 매우 낮음을 확인할 수 있었고 상온에서 스위칭현상이 빈번하게 발생하는 효과를 설명할 수 있었다.; The organic molecules on the silicon surface have attracted much attention because of a broad application. In this paper, we theoretically investigate the geometric configurations, STM images, and the switching effect for the 1,5-cyclooctadiene molecules on the Si(001) surface using Generalized Gradient Approximation and pseudopotential. The 1,5-cyclooctadiene molecules on the Si(001) surface have two configurations which are the bridge structure and the upright structure, and the bridge structure is more stable than the upright structure in adsorption energy. The simulated STM images are consistent with the experimental STM images, therefore we check again that there exist two configurations which are the upright structure and the bridge structure. The 1,5-cyclooctadiene molecule on the Si(001) surface have the degenerate state because of the geometric symmetry. The degeneracy plays an important role in understanding switching effect, and we calculate the transition state for explaining the switching effect. As the energy of the bridge state compared with one of transition state, we estimate that the energy barrier is very low. We explain that at the room temperature fluctuations happen frequently using this result.