Ⅲ主族金属元素(如Al，Ga和In)在Si表面的吸附长期以来一直受到众多理论和实验研究者的关注，最近，Ⅲ族最重的元素铊(T1)在Si(111)面吸附的独特性质引起了人们的极大兴趣。通过低能电子衍射(LEED)，Visikovskiy等人发现T1吸附在Si(111)表面时，由于外加直流电压极性的转换，表面结构在(1×1)和(()3×()3)之间存在可逆的结构改变，这种结构改变是由T1原子的表面电迁移(SE)引起的。另外，他们发现In在Si(111)面电迁移后形成具有(4×1)结构的表面硅化物，不具有可逆性；Tl在Ge(111)面电迁移后形成具有(3×1)结构的表面锗化物，也不具有可逆性。截至目前，可逆的表面电迁移是T1在Si(111)面所特有的。T1在Si(111)面独特的电学性质的机理还不清晰，并且这种特性可能具有潜在应用价值，因此有必要对其进行深入的研究。 本文利用基于密度泛函理论的第一原理总能计算方法，采用超原胞模型，分别对体材料Si及T1和In在Si(111)面的吸附特性进行了理论研究。 首先，研究了体材料Si。分别用US-PP(Ultrasoft-Pseudopotentials)势和PAW(ProjectorAugmented-Wave)势对硅的品格常数进行了优化，优化结果表明用US-PP势计算的结果更接近实验值，并且用时较少。优化得到硅的理论品格常数为5.391A，分析了体材料硅的总态密度和分波态密度。 其次，研究了In原子在Si(111)表面的吸附。计算在不同T1覆盖度下各种吸附结构的吸附能。si(111)表面用超原胞模型模拟，衬底选取10层Si原子，真空层厚度为15 A。对(2×2)和(()3×()3)R30°两种超原胞，布里渊区分别用(4×4×1)和(7×7×1)个K点进行积分。由计算结果可知：In原子吸附在Si(111)-(2×2)表面的H3位是较稳定的结构，In-Si键长约为2.73A，In原子处于Si(111)表面上方约1.63A处，这与STM测得的1.5±0.2A的值符合得很好，覆盖度在1/4 ML和1 ML之间每个In原子吸附能变化为1.03eV。电子态密度显示：In的吸附对Si(111)表面的电子分布产生较大的影响，出现了三个表面态，一个未占据表面态，一个穿过费米能级，还有一个为占据表面态，表面表现出很强的金属性。由差分电荷密度可看出，In吸附Si表面后，电子云重新分布，In原子电荷发生极化，In原子正负电荷重心不再重合，In原子实际成为一个偶极子，表面形成较强的In-Si极性共价键。 进一步研究了T1原子在Si(111)表面的吸附。覆盖度从1/3ML到1 ML每个T1原子吸附能变化为0.52eV，这比In原子吸附能变化小了约0.51eV，也就是说，相同条件下，T1在Si(111)面上比In在Si(111)面时，结构更易发生改变。在考虑的构型中，最稳定的是T1吸附在si(111)(()3×()3)R30°表面的T4位，其吸附能比In在Si(111)-(2×2)表面的高约0.48eV/adatom。覆盖度从1/3ML到1ML，T1原子吸附能变化比In原子的小了约0.51eV，Tl比In在Si(111)面吸附时，结构更易改变。T1-Si键长和T1原子距离第二层Si原子的垂直高度分别为2.90A和2.79A，与In/Si体系相比分别长约0.17A和0.48A。T1原子在Si表面吸附后，电子云重新分布使T1原子也成为一个偶极子，差分电荷密度图显示T1比In极化程度更大，前者具有更大的电偶极矩，在相同外加电场作用下，更易移动。另外，T1-Si间增加的电荷密度要比In-Si间的小约0.077e/A3，可见Tl-Si结合比In-Si要弱。这些都解释了实验上T1在Si(111)吸附是容易发生结构改变，其表面的电迁移是可逆的，而In在Si(111)表面的电迁移却是不可逆的。 T1原子比A1、Ga和In原子半径大很多，在Si(111)面吸附时其吸附高度大，T1-Si结合较弱，T1形成的电偶极子的电偶极矩较大，导致T1在Si(111)面吸附时容易因温度，电场等原因而发生结构改变，并且一定条件下该过程具有可逆性，因此会发生很多不同于同族其它元素的独特现象。希望该理论结果对实验有一定的指导意义，以促进对相关现象的应用研究。