journal article·2014-09-11

Kinetic Barriers of the Phase Transition in the Oxygen Chemisorbed Cu(110)-(2 × 1)-O as a Function of Oxygen Coverage

Liang Li, Qianqian Liu, Jonathan Li, Wissam A. Saidi, Guangwen Zhou

The Journal of Physical Chemistry C· Volume 118· Issue 36
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Abstract

Oxygen chemisorption induced surface reconstructions are widely observed, but the atomic processes leading to transitions among oxygen chemisorbed phases are largely unknown. Using ab initio molecular dynamics and density-functional theory, we study the kinetic process of the Cu(110)-(2 × 1) → c (6 × 2) phase transition upon increasing oxygen surface coverage. We show that the phase transition involves initially Cu–O dimer and Cu–O–Cu trimer formation with a kinetic barrier of ∼0.13 eV, followed by a barrierless process of forming a four Cu–O–Cu–O chains configuration that transitions to the c (6 × 2) reconstruction via concerted movement of three Cu atoms with an associated energy barrier of ∼1.41 eV. The larger kinetic barrier is suggested as the origin of the kinetic hindrance that is inferred from the significant discrepancy between the experimentally observed temperature and pressure dependent (2 × 1) → c (6 × 2) phase transition and the equilibrium thermodynamics prediction.
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Research context

OpenAlex topics: Copper-based nanomaterials and applications · Copper Interconnects and Reliability · Semiconductor materials and devices

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Affiliations

Department of Mechanical Engineering and Materials Science, University of Pittsburgh, Pittsburgh, Pennsylvania 15261, United States

Funding

Basic Energy Sciences

References (64)

Show source-provided references
1. Huang T. · Catal. Lett. · 2003 · 87 · 17310.1023/A:1023495223738 ↗
2. White B. · Nano Lett. · 2006 · 6 · 209510.1021/nl061457v ↗
3. Jing F. · J. Chem. Sci. · 2010 · 122 · 62110.1007/s12039-010-0097-5 ↗
4. Ertl G. · Surf. Sci. · 1967 · 6 · 20810.1016/0039-6028(67)90005-2 ↗
5. DiDio R. A. · J. Vac. Sci. Technol., A · 1984 · 2 · 85210.1116/1.572525 ↗
6. Jacobsen K. W. · Phys. Rev. Lett. · 1990 · 65 · 178810.1103/PhysRevLett.65.1788 ↗
7. Coulman D. J. · Phys. Rev. Lett. · 1990 · 64 · 176110.1103/PhysRevLett.64.1761 ↗
8. Jensen F. · Phys. Rev. B · 1990 · 41 · 1023310.1103/PhysRevB.41.10233 ↗
9. Ruan L. · Phys. Rev. Lett. · 1993 · 70 · 407910.1103/PhysRevLett.70.4079 ↗
10. Uehara Y. · Phys. Rev. B · 2002 · 66 · 07541310.1103/PhysRevB.66.075413 ↗
11. Bobrov K. · Phys. Rev. B · 2008 · 78 · 12140810.1103/PhysRevB.78.121408 ↗
12. Duan X. · Phys. Rev. B · 2010 · 81 · 07543010.1103/PhysRevB.81.075430 ↗
13. Feidenhans’l R. · Phys. Rev. Lett. · 1990 · 65 · 202710.1103/PhysRevLett.65.2027 ↗
14. Feidenhans’l R. · Phys. Rev. B · 1991 · 44 · 187510.1103/PhysRevB.44.1875 ↗
15. Bronckers R. P. N. · Surf. Sci. · 1981 · 112 · 13310.1016/0039-6028(81)90338-1 ↗
16. Döbler U. · Phys. Rev. Lett. · 1984 · 52 · 143710.1103/PhysRevLett.52.1437 ↗
17. Niehus H. · Surf. Sci. · 1984 · 140 · 1810.1016/0039-6028(84)90378-9 ↗
18. Parkin S. R. · Phys. Rev. B · 1990 · 41 · 543210.1103/PhysRevB.41.5432 ↗
19. Moritz W. · Surf. Sci. · 1992 · 272 · 9410.1016/0039-6028(92)91425-B ↗
20. Dorenbos G. · Phys. Rev. B · 1993 · 47 · 158010.1103/PhysRevB.47.1580 ↗
21. Dürr H. · Surf. Sci. · 1991 · 244 · 23710.1016/0039-6028(91)90497-G ↗
22. Silva S. L. · Surf. Sci. · 1999 · 421 · 13510.1016/S0039-6028(98)00844-9 ↗
23. Demirci E. · J. Chem. Phys. · 2007 · 126 · 16471010.1063/1.2730788 ↗
24. Singnurkar P. · J. Phys. Chem. C · 2008 · 112 · 1403410.1021/jp802488n ↗
25. Liu Q. · Surf. Sci. · 2014 · 627 · 7510.1016/j.susc.2014.04.017 ↗
26. Saidi W. A. · Phys. Rev. B · 2012 · 86 · 24542910.1103/PhysRevB.86.245429 ↗
27. Li W.-X. · Phys. Rev. B · 2003 · 68 · 16541210.1103/PhysRevB.68.165412 ↗
28. Reuter K. · Chem. Phys. Lett. · 2002 · 352 · 31110.1016/S0009-2614(01)01472-5 ↗
29. Klikovits J. · Phys. Rev. B · 2007 · 76 · 04540510.1103/PhysRevB.76.045405 ↗
30. Vlad A. · Phys. Rev. B · 2010 · 81 · 11540210.1103/PhysRevB.81.115402 ↗
31. Westerström R. · Phys. Rev. B · 2009 · 80 · 12543110.1103/PhysRevB.80.125431 ↗
32. Westerström R. · Surf. Sci. · 2008 · 602 · 244010.1016/j.susc.2008.05.033 ↗
33. Lundgren E. · Phys. Rev. Lett. · 2004 · 92 · 04610110.1103/PhysRevLett.92.046101 ↗
34. Colombi Ciacchi L. · Phys. Rev. Lett. · 2004 · 92 · 17610410.1103/PhysRevLett.92.176104 ↗
35. Colombi Ciacchi L. · Phys. Rev. Lett. · 2005 · 95 · 19610110.1103/PhysRevLett.95.196101 ↗
36. Zimmermann J. · J. Chem. Phys. · 2009 · 130 · 13471410.1063/1.3105992 ↗
37. Zimmermann J. · J. Phys. Chem. C · 2010 · 114 · 661410.1021/jp1004105 ↗
38. Fang H. Z. · Phys. Rev. B · 2012 · 85 · 01420710.1103/PhysRevB.85.014207 ↗
39. Perdew J. P. · Phys. Rev. B · 1992 · 46 · 667110.1103/PhysRevB.46.6671 ↗
40. Kresse G. · Phys. Rev. B · 1993 · 47 · 55810.1103/PhysRevB.47.558 ↗
41. Kresse G. · Phys. Rev. B · 1994 · 49 · 1425110.1103/PhysRevB.49.14251 ↗
42. Kresse G. · Comput. Mater. Sci. · 1996 · 6 · 1510.1016/0927-0256(96)00008-0 ↗
43. Kresse G. · Phys. Rev. B · 1996 · 54 · 1116910.1103/PhysRevB.54.11169 ↗
44. Blöchl P. E. · Phys. Rev. B · 1994 · 50 · 1795310.1103/PhysRevB.50.17953 ↗
45. Kresse G. · Phys. Rev. B · 1999 · 59 · 175810.1103/PhysRevB.59.1758 ↗
46. Monkhorst H. J. · Phys. Rev. B · 1976 · 13 · 518810.1103/PhysRevB.13.5188 ↗
47. Methfessel M. · Phys. Rev. B · 1989 · 40 · 361610.1103/PhysRevB.40.3616 ↗
48. Ashcroft N. W. · 1976
49. Kangas T. · Surf. Sci. · 2005 · 584 · 6210.1016/j.susc.2005.02.061 ↗
50. Alatalo M. · Phys. Rev. B · 2004 · 70 · 24541710.1103/PhysRevB.70.245417 ↗
51. Liem S. Y. · Surf. Sci. · 1998 · 415 · 19410.1016/S0039-6028(98)00591-3 ↗
52. Henkelman G. · J. Chem. Phys. · 2000 · 113 · 990110.1063/1.1329672 ↗
53. Nosé S. · Mol. Phys. · 1984 · 52 · 25510.1080/00268978400101201 ↗
54. Belonoshko A. B. · Phys. Rev. B · 2000 · 84 · 383810.1103/PhysRevB.61.3838 ↗
55. Besenbacher F. · Prog. Surf. Sci. · 1993 · 44 · 510.1016/0079-6816(93)90006-H ↗
56. Jaatinen S. · Phys. Rev. B · 2007 · 75 · 07540210.1103/PhysRevB.75.075402 ↗
57. Piccinin S. · Surf. Sci. · 2009 · 603 · 146710.1016/j.susc.2008.10.050 ↗
58. Li L. · Surf. Sci. · 2013 · 615 · 5710.1016/j.susc.2013.04.005 ↗
59. Reuter K. · Phys. Rev. B · 2003 · 68 · 04540710.1103/PhysRevB.68.045407 ↗
60. Reuter K. · Phys. Rev. B · 2001 · 65 · 03540610.1103/PhysRevB.65.035406 ↗
61. Ge J.-Y. · J. Phys. Chem. · 1996 · 100 · 1143210.1021/jp960776f ↗
62. Liem S. Y. · Surf. Sci. · 2000 · 459 · 10410.1016/S0039-6028(00)00451-9 ↗
63. Sun L. D. · Phys. Rev. B · 2004 · 69 · 04540710.1103/PhysRevB.69.045407 ↗
64. Zhou G. W. · Surf. Sci. · 2003 · 531 · 35910.1016/S0039-6028(03)00539-9 ↗