基于第一性原理的电流致电迁移能垒抑制

我们提出了一种评估纳米尺度结中电流诱导力的高效方法，该方法自然地集成到基于密度泛函理论实现的非平衡格林函数形式中。这使得我们能够在存在电流的情况下进行动态原子弛豫，同时评估电流-电压特性。核心思想在于用格林函数表示系统能量密度矩阵。为了验证我们的实现，我们进行了一系列基准计算，包括零偏压和有限偏压。首先，我们评估了作用于铝纳米线上的电流诱导力，并将其与先前发表的固定几何结构结果进行比较。然后，我们对相同纳米线在偏压下的结构进行弛豫，并确定其断裂的临界电压。我们发现，完全笔直的纳米线在所考虑的任何电压下均未断裂，而锯齿形纳米线则更脆弱，在1.4 V时断裂，铝原子逆电子流方向移动。最后，我们通过研究共价连接到(4,4)扶手椅型单壁碳纳米管侧壁上的单个硅原子的电流诱导运动，展示了我们的方案处理电迁移问题的能力。我们的计算表明，如果硅原子附着在电流路径上，则电流诱导力可诱发迁移。相反，如果键合位点远离电流路径，则吸附原子将保持稳定，与电压无关。基于将总力分解为风力和静电分量以及对键电流的详细评估的分析表明，这种显著的电迁移现象完全归因于位置相关的风力。