Пугіна К.В. Молекулярно-динамічне моделювання іонного розпилення поверхневих металевих кластерів. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. Інститут металофізики ім. Г.В.Курдюмова НАН України, 2007.
В дисертаційній роботі досліджено механізми іонного розпилення поверхневих металевих кластерів. В якості методу дослідження застосовано метод молекулярної динаміки. Виконано молекулярно-динамічне моделювання розпилення іонами аргону низьких енергій (200 еВ) металевих кластерів (Cu, Au) з поверхонь металевих монокристалічних підкладинок (Cu, Au). Отримано, що при іонному розпиленні поверхневих металевих кластерів мають місце напрямки переважного виходу розпилення атомів з кластерів. Встановлено, що підкладинка при цьому має визначний вплив на формування цих напрямків, так як саме взаємодія з підкладинкою визначає структуру поверхневого кластера. Отримано також, що підкладинка грає роль енергетичного стоку для каскадних атомів кластера. Визначено залежність процесу розпилення кластера від його геометрії. Досліджено вплив температури на розпилення поверхневих нанокластерів й показано, що теплові коливання атомів призводять до дефокусування атомів, розпилених з поверхневих кластерів. Показано, що невідповідність значень сталих кристалічної ґратки матеріалу кластера і підкладинки в двокомпонентних системах кластер-підкладинка призводить до зменшення інтенсивності розвитку каскаду атомних зіткнень, порівняно з однокомпонентною системою.
Метод молекулярної динаміки (МД) застосовано до моделювання розвитку каскаду атомних зіткнень в поверхневих металевих кластерах. Встановлено залежність процесу розпилення поверхневих металевих кластерів від їх геометрії, з'ясовано механізми впливу підкладинки на процес розпилення, з'ясовано температурну залежність виходу розпилення поверхневих кластерів, визначено вплив розбіжності значень сталих кристалічної ґратки матеріалів кластера і підкладинки на інтенсивність розвитку каскаду атомних зіткнень в системі. Отримано, що при розпиленні поверхневих металевих кластерів мають місце наступні фізичні механізми:
1. Отримано, що при взаємодії поверхневих металевих кластерів з іонами аргону низьких енергій мають місце напрямки переважного виходу розпилення речовини кластерів, про що свідчать максимуми на модельних кутових розподілах розпиленої речовини кластерів. Підкладинка при цьому має визначний вплив на формування цих напрямків, так як саме взаємодія з підкладинкою визначає структуру поверхневого кластера.
2. Визначено залежність процесу розпилення кластера від його геометрії. Каскад зіткнень в підкладинці розвивається внаслідок його розповсюдження із області кластера, тому підкладинка грає роль енергетичного стоку для каскадних атомів кластера. Зі збільшенням кількості атомів на межі розділу кластер-підкладинка збільшується відтік енергії із області кластера в підкладинку, що негативно відбивається на інтенсивності розпилення атомів з кластера. Збільшення висоти кластера призводить до ослаблення впливу підкладинки на розпилені атоми кластера, тобто до зменшення їх дефокусування, проникнення в підкладинку й адсорбції, що сприяє зростанню коефіцієнта розпилення кластера.
3. Встановлено, що вибір потенціалу міжатомної взаємодії в системі кластер-підкладинка впливає на інтенсивність розвитку каскаду атомних зіткнень в області кластера і на відтік енергії із кластера в підкладинку. Найбільш чутливими результати моделювання є до вибору потенціалу взаємодії між атомами кластера і підкладинки. На формування кутових максимумів і взаємодію розпилених атомів кластера з підкладинкою вибір потенціалу не впливає.
4. З’ясовано, що вплив температури на розпилення поверхневих нанокластерів призводить до інтенсифікації каскадних процесів в області кластера і на межі розділу кластер-підкладинка, й до збільшення хаотичності в напрямах вильоту розпилених атомів кластера. Різниця між результатами, отриманими при 0 К, і результатами, отриманими з урахуванням теплових коливань атомів системи, стає суттєвою при 500 К, коли на азимутальних розподілах розпиленої речовини кластерів відсутні максимуми, що відповідають напрямкам переважного розпилення речовини.
5. Показано, що найбільш інтенсивний розвиток каскаду атомних зіткнень має місце в однокомпонентних системах кластер-підкладинка. У випадках, коли стала ґратки речовини кластера менша сталої ґратки підкладинки, каскад зіткнень в області кластера розвивається менш інтенсивно, ніж в однокомпонентних системах внаслідок зменшення густини атомного пакунку в кластері. У випадках, коли стала ґратки речовини кластера більша за сталу ґратки підкладинки, внаслідок збільшення густини атомного пакунку в кластері, він стає менш прозорим для бомбардуючих іонів, що призводить до зменшення енергії, яку бомбардуючий іон вносить в систему кластер-підкладинка.
Публікації автора:
Корнич Г.В., Бетц Г., Запорожченко В.И., Пугина Е.В. Моделирование взаимодействия тяжелых ионов низких энергий с кластерами меди на поверхности графита // Письма в журнал технической физики. – 2004. – Т.30, №16. – С.13-18.
Kornich G.V., Betz G., Zaporojtchenko V., Pugina K.V., Faupel F. Molecular dynamics simulations of interactions of Ar and Xe ions with surface Cu clusters at low impact energies // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. – 2005. – V.228. – p.41-45.
Пугина Е.В., Корнич Г.В., Бетц Г. Молекулярно-динамическое моделирование ионного распыления поверхностных медных наноструктур на монокристалле меди // Металлофизика и новейшие технологии. – 2006. – Т.28,.№4. –С. 495-502.
Пугина Е.В., Корнич Г.В., Бетц Г. Молекулярно-динамическое моделирование ионного распыления наноразмерных кластеров меди с поверхности медной монокристаллической подложки // Поверхность. Рентгеновские, синхронные и нейтронные исследования. – 2006. – №6. – С.93-95.
Пугина Е.В., Корнич Г.В., Бетц Г. О влиянии подложки на распылениe поверхностных кластеров // Известия РАН. Серия физическая. – 2006. – Т.70, №6. – С. 792-795.
Пугина Е.В., Корнич Г.В., Бетц Г. Влияние температуры на распыление поверхностных металлических кластеров // Физика твердого тела. 2007. – Т.73, №2. – С. 322-326.
Kornich G.V., Betz G., Zaporojtchenko V., Pugina K.V., Faupel F. Molecular dynamics simulations of interactions of Ar and Xe ions with surface Cu clusters at low impact energies // Surface Science. – 2007. – V.601. – p.209-217.
Kornich G.V., Betz G., Zaporojtchenko V., Pugina K.V. Low energy ion bombardment of metal nanoclusters on graphite // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. – 2007. – V.255. – p. 233-237.
Пугина Е.В., Корнич Г.В., Бетц Г., Запорожченко В.И., Фаупел Ф. Молекулярно-динамическое моделирование ионного распыления медных кластеров с поверхности монокристаллов меди и графита // Матеріали II української наукової конференції з фізики напівпровідників. –Том 2. – Чернівці: Вижниці. – 2004. – С.209.
Корнич Г.В., Бетц Г., Пугина Е.В. Анализ поведения поверхностных атомных нанокластеров под действием бомбардирующих ионов низких энергий // Матеріали международной научной конференции «Интеллектуальные системы принятия решений и прикладные аспекты информационных технологий». –Том 3. – Евпатория. – 2005. – С. 154-156.
Пугина Е.В., Корнич Г.В., Бетц Г. Молекулярно-динамическое моделирование ионного распыления медных нанокластеров с поверхности монокристаллической меди // Материалы 17 Междунар. конф. “Взаимодействие ионов с поверхностью”. –Том 1. – Звенигород: МАИ. – 2005. – С.150-153.
Kornich G.V., Betz G., Pugina К.V. Molecular dynamics simulations of sputtering of surface metal nanostructures under low-energy Ar and Xe ion bombardment // Материалы 17 Междунар. конф. “Взаимодействие ионов с поверхностью”. –Том 1. – Звенигород: МАИ. – 2005. – С.52-54.
Kornich G.V., Betz G., Pugina К.V. Molecular dynamics simulations of sputtering of surface metal nanoclusters under low energy ion bombardment // Материалы ІV международной конференции «Новые технологии, методы обработки и упрочнения деталей энергетических установок». – Алушта: – 2006. – С.53.
Kornich G.V., Betz G., Pugina К.V. Molecular dynamics simulations of low energy Ar and Xe ion interactions with surface metal clusters// Materials of 8th International Conference on Computer Simulation of Radiation Effects in Solids. – Helsinki. – 2004. – P.21.
Пугина Е.В., Корнич Г.В., Бетц Г. Влияние температуры на распыление поверхностных наноразмерных кластеров // Материалы Харьковской нанотехнологической Ассамблеи-2006 «Нанотехнологии и наноматериалы для промышленности» –Харьков. – 2006. – С.16-19.
Kornich G.V., Betz G., Pugina К.V. Molecular dynamics simulation of low energy Ar and Xe ion interactions with surface metal clusters // Материалы Харьковской нанотехнологической Ассамблеи-2006 «Нанотехнологии и наноматериалы для промышленности» –Харьков. – 2006. – С.20-22.
Kornich G.V., Betz G., Pugina К.V. Molecular dynamics simulations of low energy Ar and Xe ion interactions with surface metal clusters// Materials of 9th International Conference on Computer Simulation of Radiation Effects in Solids. – Washington. – 2006. – P.54.
Пугина Е.В., Корнич Г.В., Бетц Г. Влияние температуры на распыление поверхностных наноразмерных металлических кластеров // Материалы 36-й международной конференции по Физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – Москва. – 2006. – С.89.
Пугіна К.В., Корніч Г.В. Молекулярно-динамічне моделювання розпилення поверхневих Cu кластерів з поверхонь металевих підкладинок // Матеріали міжнародної конференції з фізики і технології тонких плівок і наносистем. –Том 1. – Івано-Франківськ. – 2007. – С.159.
