金属材料，不可避免地与空气中的氧发生化学反应而生成氧化物，这些氧化物附着在金属材料表面，会导致最终产品的表面质量恶化。氧化Oxidation，会使铜材料性能恶化，而铜材料性能对其使用至关重要，特别是半导体工业和电子光学应用。这促使大量研究探索铜氧化和可能的钝化策略。例如，原位观察表明，氧化涉及台阶表面：由于Cu吸附原子从台阶脱离并扩散穿过台阶，因此，铜氧化物Cu2O生长发生在平坦表面上。但是，即使这种机制解释了为什么单晶铜比多晶铜更耐氧化，但平坦铜表面可以不被氧化的事实，还没有进一步探索。

今日，韩国 釜山大学(Pusan National University)Se-Young Jeong团队，成均馆大学Sungkyunkwan University的Young-Min Kim团队，美国 密西西比州立大学Seong-Gon Kim团队在Nature上发文，报道了半永久抗氧化的铜薄膜制备，因其平坦的表面组成，只有偶尔的单原子台阶step edges。第一性原理计算证实，单原子台阶边缘与平坦表面一样不受氧的影响，并且一旦达到50%氧面心立方FCC表面位置覆盖率，氧原子表面吸附就被抑制。这些综合效应解释了超平坦铜Cu表面的特殊抗氧化性能。

Flat-surface-assisted and self-regulated oxidation resistance of Cu(111)

Cu（111）平整表面辅助的自调节抗氧化性能

图1：原子溅射外延atomic sputtering epitaxyASE生长单晶铜薄膜表面。

图2：单晶Cu(111)膜SCCF表面的长期抗氧化性和结构稳定性。

图3：界面结构和晶体学关系。

图4：铜表面氧化的理论分析和模型。

考虑到台阶边缘step edge易受氧化影响，因为表面台阶surface steps作为表面晶面结构surface terraces上Cu吸附原子氧化物生长的主要来源，抗氧化性要求避免表面台阶边缘。在这点上，紧密堆积的Cu(111)表面优于其他Cu晶面。

该项研究工作，实验演示了原子溅射外延atomic sputtering epitaxy(ASE)生长的单晶Cu(111)膜single-crystal Cu(111) film(SCCF)，以显示紧密配位的平坦表面，可以保持半永久稳定而不被氧化。理论计算从氧原子进入铜表面结构可能途径的角度，展示了平坦铜表面的原子尺度抗氧化机制，并发现了在高氧覆盖率下的自调节保护层。这意味着单晶Cu(111)膜SCCF的原子级平坦表面，由于氧渗透的高能垒而表现出抗氧化性能，并且因高氧覆盖率而表现出自调节特性。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04375-5

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04375-5.pdf

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-021-04375-5