Для Сабіні та Лори - PDF скачати безкоштовно
1 Класична та міцна молекулярна динаміка для низькоенергетичних процесів у матеріалах Дисертація Пітера Клейна D 386 Дисертація, затверджена Кафедрою фізики Університету Кайзерслаутерн для присудження наукового ступеня "Доктор природничих наук" Науковий керівник: проф. Д-р Х. М. Урбассек Другий рецензент: проф. Д-р. Х. Охснер Дата наукової дискусії:
4 Подяка Ця робота була створена на кафедрі фізики Університету Кайзерслаутерн під керівництвом професора Х. М. Урбассека, якого я вдячний за його постійну готовність до обговорення, щедру допомогу в підготовці публікацій, для тем моєї дисертації та для Свобода вирішувати власні проблеми, дякую. Моя друга подяка - моїй дружині Сабіне та моїй дочці Лаурі за підтримку та створення приватного середовища, без якого ця робота, безумовно, була б неможливою. Ще одна подяка висловлюється професору Фрауенхайму з ТУ Хемніц за його готовність співпрацювати з групою Урбассека та за мій дружній прийом, коли я відвідую Хемніц. І останнє, але не менш важливе, я хотів би подякувати пані Анетт Гоц, яка перевірила значну частину цієї роботи на друкарські та інші помилки, та диплом фіз. Бріль, доктор фіз. Th. J. Colla and Dipl. Phys. Хенселю за плідні дискусії, неоціненну допомогу з усіх питань комп’ютера та приємну робочу атмосферу.
8 A Параметризація щільно-зв’язуючих для одноатомних систем 97 A. Параметризація Goodwin, Skinner, Pettifor для кремнію A.2 s-щільно-зв’язуюча параметризація для водню A.3 параметризація з щільним зв’язуванням для кремнію A.4 spd-герметична параметризація зв'язування для кремнію B параметризація з щільним зв'язуванням для систем кремній-водень 5 B. параметризація з щільним зв'язуванням для систем кремній-водень B.2 параметризація з щільним зв'язуванням для систем кремнію-водню. 7 C Публікації, пов’язані з цією роботою 9 Бібліографія iii
11 V (ev) Ar Kr Xe r (A) Рисунок.: Потенційна енергія іонів O +; проти атомів благородного газу. Плівка Потенціал взаємодії між атомами благородного газу має тип Леннарда-Джонса: V (r) = 4 "r 2 6 #; r: (.) Константа рівноважної решітки ГЦК кристала Леннарда-Джонса задана як d =: 9 p 2, це відповідає щільність n =: 278 (.225, .73) A; 3 для Ar (Kr, Xe). Взаємодія між атомами кисню та атомами плівки описується таким потенціалом: V (r) = Z OZe 2 4 r exp (; r =); 2 [+ (r = 2) m] [+ r = 3] 4; 4 r 4 + (4) (.2) 4 де ZO = 8, Z позначають атомні номери кисню та атомів благородного газу. є атомною поляризуваністю атомів благородного газу, інші константи є відповідними параметрами, які пристосовують потенціал (.2) до експериментальних та теоретично розрахованих кривих потенціалу. Рівняння (.2) екстраполює експериментально знайдені дані (mev) a (A) a (A 3) b 2 (ev) c (A) c 2 (A) c 3 (A) c 4 (A) cmc Ar Kr Xe Таблиця.: Параметри використаних потенціалів a) Посилання [Kittel, 986]. B) Посилання [West, 988]. В) Відповідає потенціалам Пос. [Гіст та ін., 979]. 3
15 Моделювання експерименту Y (%) (a) Xe Моделювання експерименту. (b) Моделювання експерименту Kr. (c) Ar l (моношари) Рисунок 2: Вихід пропускання Y іонів O + через (a) Xe, (b) Kr, (c) Ar плівки як функція товщини моношару l. Розуміння іонів O +; через благородний газ lme de dx та перетин атомного зворотного розсіювання назад. Припускаючи безструктурну плівку, випливає, що Z de dx = NS = N Td (.6) з перерізом розсіювання та передачею енергії T, розрахованою з потенціалу взаємодії двох частинок, рівняння (.2) і назад = Z #> 9 d (. 7) з # кутом розсіювання в лабораторній системі. Розрахунок цих величин проводив М. Віканек, результати наведені на малюнках 3 і 4. 7-й
16 .8 de/dx.6 (ev/a) .4 Ar Kr Xe E (ev) Рисунок 3: Втрати енергії O +; іони на шлях, покритий благородними газами 7 назад (A 2) Ar Kr Xe E (ev) Рисунок 4: Поперечний переріз зворотного розсіювання іонів O +; за допомогою цих величин можна легко зрозуміти результат моделювання: O +; іони мають найбільший переріз екранування завдяки плівкам Kr, оскільки тут втрати енергії на довжину і переріз зворотного розсіювання великі . У плівках Ar зворотне розсіювання невелике, а в плівках Xe передача енергії невелика. Геометрична модель Дотепер обговорювалося пропускання O + через товсті плівки, але знайдене там експоненціальне ослаблення виходу пропускання не може описати поведінку пропускання через тонкі плівки, див. Малюнок 2. Отже, у цьому розділі представлена геометрична модель затінення, за допомогою якої можна зрозуміти дані, знайдені в моделюванні. У цій моделі атоми благородного газу першого моношару представлені колами, розміщеними на гексагональній решітці. Двовимірна константа решітки дорівнює a = d = p 2, де d - 8-е
19 Y (%) Моделювання експерименту (знижена щільність) (a) l (моношари) Рисунок 6: Вихід передачі Y зі зниженою щільністю плівки Xe Y (%) Моделювання експерименту (плівка hcp) (b) l (моношари) Рисунок 7: Вихід передачі Y для плівки hcp Xe. Плівки Ar можуть пропорційно зростати в кисневих плямах і, отже, різко знижувати вихід пропускання. Однак такий режим зростання суперечить випадкам Xe та Kr. Немає експериментальних доказів існування такого режиму росту, оскільки поляризуючість Ar є меншою, ніж у Xe та Kr, а через антифероелектричність підкладки, співмірне зростання має бути більш поширеним у плівках Xe та Kr. 2. В ар-плівці оксигенати можуть бути нейтралізовані і, таким чином, більше не реєструватися експериментальним детектором. Діаграми кореляції газової фази для обміну заряду в киснево-благородному газовому матеріалі не дають жодної інформації щодо цього, але, здається, мало відомо про обмін заряду іонів благородним газом, тому цю можливість не можна обговорювати далі. 3. На процес десорбції можуть впливати ар-плівки. Ця можливість існує у всіх благородних газах, і, схоже, немає жодного пояснення, чому
21 (a) без плівки. 8.6 без плівки (a) Y (E) (/ ev) моношар. 2 (b) .5. Y (#) одношаровий (b) моношар. 2 (c) моношар (c) E (ev) cos # Рисунок 8: Розподіл енергії Y (E) та кутовий розподіл Y (#) іонів O +, що передаються через плівки Xe. Максимум розпилення плівки відбувається з двома моношарами. При більш високих ступенях покриття кисневі камені та невеликий стокаскад у плівці благородного газу розсіюють достатньо енергії на оточуючі атоми, так що кінетична енергія окремих атомів ксенону стає все менше і менше для залишення плівки у вакуумі. При меншій товщині плівки розпилення повинно зменшуватися, оскільки кисень, що десорбує, передає імпульс лише кільком атомам плівки, і цей переданий імпульс бере участь у все менших і менших зіткненнях ксенону-ксенону. Для того, щоб мати можливість кількісно обговорити цю тему, я також включив умовний вихід розпилення на малюнок 9. Це позначається як кількість атомізованих атомів ксенону на кисень, яке передається через плівку (Y t Xe) або повторно розсіяне (Y z Xe). Звичайно, Y Xe = (; Y) Y z Xe + Y Y t Xe (.) Де Y позначає вихід передачі кисню озону. Це добре видно 3
25 Y Експериментальна модель Лінійна модель Монте-Карло.2 (а) Кр Покриття (моношари) Y Експериментальна Модель Лінійна Модель Монте-Карло.2 (b) Xe Покриття (Моношари) Рисунок.: Результати геометричної моделі для перпендикулярної передачі F + через ( а) плівки Kr та (b) плівки Xe. Як і очікувалось, лінійна модель справедлива лише для малих покриттів, і значення Монте-Карло узгоджуються з аналітичним рішенням геометричної моделі, позначеної моделлю на малюнках. Значення фактично відкритої площі в цьому випадку визначав М. Віканек з використанням інтеграції Монте-Карло, параметр придатності моделі r дорівнювався значенням аналітичної моделі для вертикальної десорбції. 3.3 Підгонка геометричної моделі до експериментальних результатів для F + Поведінка передачі на малюнку. показані експериментально знайдені значення для пропускання іонів F +, що десорбують перпендикулярно поверхні підкладки через плівки Kr та Xe, разом із відповідністю цих даних геометричній моделі. Для порівняння включена лінійна модель, щоб можна було впізнати початок перекриття атомних перерізів оточуючими атомами плівки. 7-й