Наноструктуры переходных металлов по данным компьютерного моделирования с многочастичными потенциалами

• Автор: Леванов, Николай Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Оглавление.
Введение
Глава 1. Литературный обзор
§ 1Л Современные методы получения наноструктур
на поверхностях металлов
1ЛЛ Сканирующая туннельная микроскопия
1Л.2 Самоорганизующийся рост
1Л.З Эпитаксиальный рост на ступенчатой подложке ...Л8 §1.2 Уникальные свойства наноструктур
1.2.1 Магические числа
1.2.2 Магнитные свойства
§1.3 Смешанные системы
Постановка задачи
Глава 2. Методика молекулярно-динамического моделирования
§2.1 Методика моделирования
2.1.1 Определение стабильных конфигураций
кластеров на подложках
2.1.2 Моделирование процесса эпитаксии
§2.2 Расчет потенциальных барьеров прыжковой диффузии
и обмена для адатома на идеальной поверхности
§2.3 Многочастичные потенциалы межчастичного
взаимодействия
2.3.1 Многочастичный потенциал Россато-Жиллоп-Легранд (РЖЛ)
2.3.2 Метод погруженного атома
§2.4 Подгонка параметров межчастичных взаимодействий
2.4.1 Определение характеристик в объёме
2.4.2 Решетка гцк
2.4.3 Решетка гпу
2.4.4 Определение энергии взаимодействия
двух примесей в объёме, энергии растворимости
и энергий связи малых кластеров
Глава 3. Гомогенные кластеры
§3.1 Стабильные кластеры на (001) поверхности
гцк металлов
§3.2 Компактные структуры на поверхности гцк (111)
§3.3 Образование малых кластеров на поверхности гцк(001)
на начальном этапе роста тонких пленок
Глава 4. Молекулярно-динамическое моделирование гетерогенных систем.
§4.1 Определение параметров межчастичных взаимодействий ...67 §4.2 Одиночный атом Со в объёме и на поверхности Си(001)

§4.3 Характеристики кластеров на подложках
§4.4 Энергия адсорбции и энергия замещения для малых
кластеров Со/Си(001)
§4.5 Барьеры прыжковой диффузии и обмена
§4.6 Монослои Со на поверхности меди (См(001) и Си(111))
Основные результаты и выводы
Литература
Список опубликованных работ
Введение.
Атомы, находящиеся у поверхности твердого тела, окружены другими атомами иначе чем в объёме, и находятся от соседних атомов на иных по сравнению с объёмом расстояниях. Поэтому структурные и термодинамические характеристики, физические и химические свойства поверхности могут отличаться от соответствующих характеристик объёма, и это создаёт возможность использовать тела с экстремально большой долей поверхностных атомов для создания материалов с особыми, в том числе выдающимися характеристиками. Для реализации этой потенциальной возможности безусловно необходимы прямые в первую очередь экспериментальные исследования, однако трудность подобных исследований оказалась столь большой, что лишь недавно они стали в принципе возможными благодаря последним достижениям метода сканирующей туннельной микроскопии. К материалам с экстремально большой долей поверхностных атомов относятся кластеры (свободные и на подложках) и нанокристаллические материалы, и понимание возможности их использования в науке и технике появилось в 80-е годы.
Весьма активными были исследования изменения магнитных характеристик при переходе от кристаллов к кластерам, увенчавшиеся предсказанием в середине 90-х годов принципиальных изменений магнитных свойств при нанесении наноструктур немагнитных металлов на немагнитные подложки [1-2]. Выяснилось, что некоторые типы адатомов и нанокластеров в этом случае становятся магнитными. Впоследствие эти теоретические предсказания были подтверждены экспериментально [3].
В 80-е годы единственным реальным источником прямой информации об особенностях кластерных материалов были теоретические исследования, поскольку экспериментаторы об их свойствах могли судить по весьма косвенным признакам.
В начавшемся ’’буме” теоретических исследований 80-х годов в области изучения кластеров активно участвовала лаборатория физики низкоразмерных металлических систем кафедры физики твердого тела физического факультета МГУ, в которой был выполнен по данной проблематике ряд кандидатских диссертаций, некоторые разделы докторской диссертации В.С.Степанюка. Основным методом исследований была молекулярная динамика в рамках которой осуществлялось компьютерное моделирование структуры и поведения сначало аморфных материалов, а затем и собственно кластеров и эпитаксиальных монослоев. В то время для решения задач молекулярной динамики широко использовались парные потенциалы Леннарда-Джонса, Морзе, Стиллинджера. При исследовании структуры жидких и аморфных металлов был получен ряд согласующихся с экспериментом результатов

диффузии Е)итр определяется как разность потенциальной энергии в точке минимума (а) и в седдовой точке (Ь).

Рис.2.4 Потенциальная энергия срелаксированной системы при движении адатома от точки а) к точке с)
Схема процесса обмена представлена на рисунке 2.5. В начальный момент времени адатом занимает положение а) в лунке на поверхности гцк(001). В промежуточном состоянии Ь) адатом с одним из атомов нулевого слоя подложки образуют метастабильный поверхностиный димер. Наконец, в положении с) адатом занимает положение в нулевом слое подложки, а замещенный атом переходит в соседнюю лунку на поверхности.
Для определения диффузионного барьера обмена замещаемый атом подложки перемещается в направлении л/4 к поверхности с шагом
0.05А (рис.2.6). В каждой точке производится релаксация системы.

Рис.2.5 Схема процесса обмена на поверхности гцк(001).