Наноструктуры кобальта на поверхности меди по данным молекулярно-динамического моделирования (1104018)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛОМОНОСОВА__________________________________________________________________ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиУДК 538.1Цивлин Дмитрий ВладимировичНАНОСТРУКТУРЫ КОБАЛЬТА НА ПОВЕРХНОСТИ МЕДИПО ДАННЫМ МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯСпециальность 01.04.07 – физика конденсированного состоянияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 20031Работа выполнена на кафедре физики твердого тела физического факультетаМосковского государственного университета им. М.В. ЛомоносоваНаучные руководители:доктор физико-математических наук,профессор В.С. Степанюкдоктор физико-математических наук,профессор А.А.
КацнельсонОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор И.Ф. Уразгильдинкандидат физико-математических наукМ.В. МагницкаяВедущая организация:Московский Институт Стали и СплавовЗащита состоится “”2003 г.вчасов на заседанииДиссертационного Совета К 501.001.02вМосковском государственномуниверситете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, Москва,Ленинские горы, МГУ им. М.В.
Ломоносова, физический факультет.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУим. М.В. Ломоносова.Автореферат разослан “”2003 г.Ученый секретарьДиссертационного Совета К 501.001.02в МГУ им. М.В. Ломоносовакандидат физико-математических наукИ.А. Никанорова2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Малые атомные кластеры на поверхности металловвызывают значительный научный интерес в связи с их особыми электронными имагнитными свойствами.
В последние годы с использованием эффектовсамоорганизации и самоупорядочения были получены периодическиесверхрешётки магнитных кластеров, которые могут иметь широкое практическоеприменение в устройствах хранения информации.В связи с этим важной задачей в настоящее время является описаниеструктурных и динамических характеристик низкоразмерных металлическихсистем.Структурная релаксация поверхности с адсорбированныминаночастицами может существенно влиять на атомную диффузию и ростостровов, а также определять механизм самоорганизации при эпитаксиальномросте. Деформация поверхностных структур может приводить к значительнымизменениям их магнитного момента и магнитной анизотропии.
Традиционноописание деформаций и напряжений в эпитаксиальных системах проводится врамках макроскопической теории упругости. Однако, применение характеристиккристаллического массива к малым атомным кластерам имеет серьёзныеограничения. В частности, кластеры могут иметь собственный период решётки,отличный от значения в объёмном образце.
Структура адсорбированныхкластеров существенно зависит от величины несоответствия периода решёткимежду кластером и подложкой. Следовательно, для описания деформаций инапряжений в кластерах требуется анализ смещений и сил на уровне отдельныхатомов.Прогресс в понимании морфологии поверхностных наноструктур связан сразвитием эффективных методов численного моделирования и в частности,метода молекулярной динамики (МД). Данный метод позволяет исследоватьраспределение деформаций и напряжений в наноструктурах на атомном уровне,моделировать поверхностную диффузию адатомов и кластеров с учётом эффектовдеформации подложки.Такимобразом,актуальностьтемыдиссертацииопределяетсянеобходимостью микроскопического описания структурных и динамическихсвойств эпитаксиальных систем с использованием эффективных методовчисленного моделирования.Цель работы.
Целью настоящей работы является исследованиемикроскопических механизмов формирования наноструктур кобальта наповерхности меди. В частности, были поставлены следующие задачи.31. Разработка метода численного моделирования динамики адатомов с учётом ихдальнодействующего взаимодействия.2. Исследование механизмов перемешивания в системе Co/Cu.3.
Исследование деформаций и напряжений в наноструктурах кобальта наповерхности меди.4. Установление особенностей взаимодействия поверхностных наноструктур,обусловленного упругой деформацией подложки.5. Исследование влияния упругой деформации подложки на характер диффузииадатомов вблизи поверхностных островов.Научная новизна. В работе получены следующие новые научныерезультаты.1. Разработан комплекс программ для моделирования поверхностной диффузиипри наличии дальнодействующего электронного взаимодействия междуадатомами. Предложен модельный потенциал, описывающий взаимодействиеадатомов для произвольных значений расстояния между ними.
С помощьюразработанной вычислительной схемы проведена оптимизация параметровдальнодействующего электронного взаимодействия адатомов кобальта наповерхности меди. Дана интерпретация эксперимента, в котором былообнаружено спонтанное формирование линейных цепочек адатомов кобальта.2. Рассчитано давление, оказываемое адсорбированными кластерами кобальта наповерхность Cu(001).
Показано, что деформация поверхности у края кластераприводит к существенному уменьшению энергетического барьера образованиявакансий. Предложена вакансионная модель, на основании которой данаинтерпретация экспериментально обнаруженного эффекта когерентногопогружения кластеров кобальта в подложку меди.3. Показано, что деформация поверхности Cu(111) вблизи адсорбированныхостровов кобальта препятствует присоединению к ним новых адатомов.Выявлены осциллирующие изменения энергетического барьера атомнойдиффузии вблизи островов кобальта.
Обнаружено увеличение амплитудыосцилляций диффузионного барьера с ростом размеров острова.4. Определена величина упругого взаимодействия адатомов, кластеров и атомныхступеней кобальта на поверхности меди. Найдена зависимость энергиивзаимодействия кластеров от их размера.
Обнаружено изменение знака энергиивзаимодействия для малых кластеров, что может являться фактором ихсамоорганизации.Практическая значимость. Проведённое в работе микроскопическоеописание механизмов формирования наноструктур кобальта на поверхности меди4может быть использовано при анализе экспериментов по эпитаксии в системахметалл-металл.Положения, выносимые на защиту.1. Метод моделирования поверхностной диффузии в системах металл-металл приналичии дальнодействующего электронного взаимодействия между адатомами.2. Микроскопический механизм когерентного погружения кластеров кобальта вповерхность Cu(001), основанный на образовании вакансий в подложке у краякластера.3.
Осцилляции энергетического барьера диффузии адатома кобальта наповерхности Cu(111) вблизи адсорбированных островов кобальта.Апробация работы. Основные результаты работы были доложены наследующих научных конференциях: International Conference on ComputationalPhysics CCP-1998 (Granada, Spain, 1998); Moscow International Symposium onMagnetism MISM-1999 (Moscow, 1999); Международной конференции студентов иаспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-99" (Москва, 1999);European Conference on Surface Science (Madrid, Spain, 2000); Seminar of the MaxPlank-Institute for Physics of Microstructures (Halle, Germany, 2003); SpringConference of German Academic Exchange Service (Berlin, Germany, 2003); SpringMeeting of German Physical Society (Dresden, Germany, 2003).Публикации.
По теме диссертации опубликовано 3 научных статьи итезисы 6 докладов на научных конференциях (всего 9 печатных работ).Личный вклад автора. Все основные результаты работы полученыдиссертантом лично. Вклад диссертанта в диссертационную работу являетсяопределяющим.Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из четырёх глав,введения, заключения и списка литературы из 100 наименований.
Работа изложенана 117 страницах машинописного текста, включая 37 рисунков.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертации, указана цельработы, её научная новизна и практическая значимость, сформулированызащищаемые положения, приведено краткое содержание работы по главам.5Первая глава посвящена обзору литературы по теме диссертации. В нейизложены известные экспериментальные результаты по эпитаксии в системеCo/Cu, а также в других системах металл-металл. Описаны современныетеоретические методы исследования механизмов роста поверхностныхнаноструктур.Во второй главе разработан метод моделирования динамики адатомов приналичии дальнодействующего взаимодействия между ними.
Глава начинается скраткой характеристики существующих моделей межатомного взаимодействия внизкоразмерных металлических системах. Особое внимание уделеноприближению второго момента в модели сильной связи, на базе которого вдальнейшем проводится описание взаимодействий в системе Co/Cu.Наиболее сильное взаимодействие атомов, адсорбированных наповерхности кристалла, обусловлено формированием химической связи междуними. Наряду с прямым взаимодействием возможно также косвенноевзаимодействие через электронный газ подложки. При наличии поверхностныхэлектронных состояний типа Шокли энергия взаимодействия двух адатомов набольшом расстоянии d друг от друга даётся известной формулой:2⎛ 2 sin δ F ⎞ sin (2q F d + 2δ F ),∆E (d ) ≅ −ε F ⎜(1)⎟(q F d )2⎠⎝ πгде ε F - энергия Ферми поверхностной зоны (отсчитанная от нижней границызоны), q F - соответствующий волновой вектор и δ F - сдвиг фазы при рассеянииповерхностных электронов на адатоме.
Границы применимости выражения (1)даются условием d > λ F 2 , где λ F - длина волны Ферми для поверхностныхэлектронов. Экспериментальное значение q F для поверхности Cu(111) составляет0.217 Å–1, что соответствует периоду пространственных осцилляций энергиивзаимодействия (1), равному π q F =14.5 Å.На малых расстояниях d (порядка величины постоянной решётки подложки)наиболее значительным становится прямое взаимодействие между электроннымиорбиталями адатомов. Энергия взаимодействия в этом диапазоне расстоянийможет быть записана в приближении сильной связи.Для моделирования динамики адатомов с учётом их дальнодействующеговзаимодействия наиболее предпочтительно использовать аналитическоепредставление потенциала взаимодействия, применимое при любых расстоянияхмежду адатомами.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
