蒋彬课题组JACS：半导体表面化学键形成过程中电子与原子核运动耦合的“实时”模拟

背景:气体原子或分子在固体表面的散射与反应是催化、能源转化和半导体器件制造中的核心微观过程，其中化学键形成时的电子-核耦合（非绝热动力学）长期缺乏清晰认识。半导体因有限带隙使电子激发与能量耗散机制更为复杂。研究目的:本研究基于实时含时密度泛函理论（rt-TDDFT）与Ehrenfest动力学，第一性原理实时模拟氢原子在Ge(111)-c(2×8)半导体表面散射过程中的电子-核运动耦合。结论:模拟定量再现了实验观测的双峰能量损失与角分布特征，揭示了位点选择性非绝热能量转移机制。氢原子撞击rest atom时形成瞬态Ge–H键，触发超快跨位点电子转移及价带到导带电子激发，导致显著能量损失；而撞击adatom时虽形成瞬态键但无电子激发，能量主要经绝热途径耗散。该工作展示了实时动力学方法在刻画复杂界面非绝热过程及理解半导体表面能量转移机制中的潜力。