碱金属原子及其单层在石墨(0001)表面的密度泛函研究

使用密度泛函理论、赝势和周期性基底，研究了碱金属原子（Li, Na, K, Rb, Cs）、二聚体和(2×2)单层在石墨(0001)表面的吸附。吸附原子结合在空位（石墨六边形）位置，其中Li离表面最近（1.84 Å），Cs最远（3.75 Å）。吸附能在$0.55-1.21$ eV之间，碱金属吸附原子的能量顺序为Li$>$Cs$\ge$Rb$\ge$K$>$Na。小的扩散势垒（C-C桥位为0.02-0.21 eV）随着原子尺寸的增加而减小，表明势能面平坦。(2×2)单层的形成（内聚）能在0.55-0.81 eV之间，其中K具有最大值，覆盖度的增加削弱了吸附质-基底相互作用（解耦），同时形成了二维金属薄膜。对吸附后电荷密度重新分布的分析表明，碱金属吸附原子向石墨捐赠$0.4-0.5 e$的电荷，而(2×2)单层对应的值约为每个原子$\sim 0.1 e$。转移的电荷主要位于最外层石墨烯层的$\pi$-带（原子$p_z$-轨道）中。