金屬材料，不可避免地與空氣中的氧發生化學反應而生成氧化物，這些氧化物附著在金屬材料表面，會導致最終產品的表面質量惡化。氧化Oxidation，會使銅材料性能惡化，而銅材料性能對其使用至關重要，特別是半導體工業和電子光學應用。這促使大量研究探索銅氧化和可能的鈍化策略。例如，原位觀察表明，氧化涉及臺階表面：由于Cu吸附原子從臺階脫離并擴散穿過臺階，因此，銅氧化物Cu2O生長發生在平坦表面上。但是，即使這種機制解釋了為什么單晶銅比多晶銅更耐氧化，但平坦銅表面可以不被氧化的事實，還沒有進一步探索。

今日，韓國 釜山大學(Pusan National University)Se-Young Jeong團隊，成均館大學Sungkyunkwan University的Young-Min Kim團隊，美國 密西西比州立大學Seong-Gon Kim團隊在Nature上發文，報道了半永久抗氧化的銅薄膜制備，因其平坦的表面組成，只有偶爾的單原子臺階step edges。第一性原理計算證實，單原子臺階邊緣與平坦表面一樣不受氧的影響，并且一旦達到50%氧面心立方FCC表面位置覆蓋率，氧原子表面吸附就被抑制。這些綜合效應解釋了超平坦銅Cu表面的特殊抗氧化性能。

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

Cu（111）平整表面輔助的自調節抗氧化性能

圖1：原子濺射外延atomic sputtering epitaxyASE生長單晶銅薄膜表面。

圖2：單晶Cu(111)膜SCCF表面的長期抗氧化性和結構穩定性。

圖3：界面結構和晶體學關系。

圖4：銅表面氧化的理論分析和模型。

考慮到臺階邊緣step edge易受氧化影響，因為表面臺階surface steps作為表面晶面結構surface terraces上Cu吸附原子氧化物生長的主要來源，抗氧化性要求避免表面臺階邊緣。在這點上，緊密堆積的Cu(111)表面優于其他Cu晶面。

該項研究工作，實驗演示了原子濺射外延atomic sputtering epitaxy(ASE)生長的單晶Cu(111)膜single-crystal Cu(111) film(SCCF)，以顯示緊密配位的平坦表面，可以保持半永久穩定而不被氧化。理論計算從氧原子進入銅表面結構可能途徑的角度，展示了平坦銅表面的原子尺度抗氧化機制，并發現了在高氧覆蓋率下的自調節保護層。這意味著單晶Cu(111)膜SCCF的原子級平坦表面，由于氧滲透的高能壘而表現出抗氧化性能，并且因高氧覆蓋率而表現出自調節特性。

文獻鏈接：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