Наноструктуры кобальта на поверхности меди по данным молекулярно-динамического моделирования (1104018), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Показано, что дваадатома Co на поверхности Cu(111), расположенные вдоль направления 1 1 0 ,отталкиваются с энергией U ( d ) ≅ U 0 d −3 , где U 0 = 0.26 эВ·Å3, d - расстояние между14211являетсяадатомами. Взаимодействие адатомов в направлениипритягивающим. На основании проведённых расчётов выполнена оценкамаксимальной температуры эпитаксиальной системы, при которой упругоевзаимодействие адатомов оказывает влияние на процесс нуклеации:Tmax =U0k B (rNN )3≈ 100 K .(7)В выражении (7) rNN = 2.56 Å - межатомное расстояние на поверхности Cu(111),k B - постоянная Больцмана.
Приведённые численные результаты являются первойколичественной оценкой величины упругого взаимодействия в системе магнитныхадатомов.Для моделирования упругого взаимодействия кластеров были рассмотренытреугольные кластеры кобальта на поверхности Cu(111) со взаимной ориентациейвдоль направления 211 (рис. 7(а)). Как было указано выше, взаимодействиеадатомов в данном направлении является притягивающим (энергиявзаимодействия отрицательна). Тем на менее, с ростом размера кластеровРис. 7. Энергия взаимодействиятреугольных островов Co наповерхности Cu(111).
(а) Схемаконфигурации островов, расстояниемеждупротивоположнымисторонами островов равно 13.3 Åдля всех размеров острова; (б,в)энергия взаимодействия островов,как функция числа атомов в островеN; (в) увеличенный фрагментграфика (б); (г) интерполяциязначений энергии взаимодействияαстепенным законом E = U 0 N .взаимодействиестановитсяотталкивающим.Графикзависимостиэнергиивзаимодействия от размеракластера показан на рис. 7(б), аего увеличенный фрагмент - нарис.
7(в). Как следует из проведённых расчётов, для кластеров, состоящих изшести атомов, энергия взаимодействия меняет знак. Данный эффект обусловленразличным характером распределения поверхностных сил вблизи адатома ибольшого кластера. Из-за дискретной структуры поверхности распределение сил15вблизи адатома является существенно анизотропным, что приводит к смене знакавзаимодействия для различных направлений. По мере роста кластера влияниеатомной структуры поверхности уменьшается, и для больших кластеровстановится применимой модель дефектов на изотропной поверхности, котораяописывает исключительно отталкивающий характер взаимодействия. Дляопределения общего вида зависимости энергии от числа атомов в кластере былапроведена интерполяция полученных значений степенной функцией E = E 0 N α .Соответствующий график представлен на рис.
7(г) в двойном логарифмическоммасштабе. Для кластеров из N=16-36 атомов энергия взаимодействия хорошоописывается степенным законом с показателем α = 2.6 . Данное значениеотличается от квадратичного закона, предсказываемого макроскопическойтеорией. Различие обусловлено малостью расстояния между кластерами посравнению с их размером. Полученные результаты являются первымколичественным описанием упругого взаимодействия между магнитныминаноструктурами на поверхности металла.
Обнаруженное изменение знакаупругого взаимодействия малых кластеров кобальта с увеличением их размераимеет большое значение для эффектов самоорганизации при эпитаксиальномросте.В заключении сформулированы основные результаты и выводы.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1. Разработан метод моделирования диффузии адатомов на поверхностиметаллов, позволяющий определять значение диффузионного барьера с учётомдальнодействующего электронного взаимодействия между адатомами.Выявлен механизм формирования линейных атомных цепочек кобальта наповерхности меди, основанный на возникновении энергетического барьера дляобразования компактных кластеров.2. Разработан быстродействующий алгоритм вычисления силовой матрицы длянаноструктур на поверхности металлов.
Рассчитан диффузионный барьер ипредэкспоненциальный фактор коэффициента диффузии для адатома кобальтана поверхности меди.3. Выявлены осциллирующие изменения энергетического барьера диффузииадатома кобальта на поверхности Cu(111) вблизи адсорбированных островов.Показано, что деформация поверхности вблизи края острова препятствуетприсоединению к нему новых адатомов.4. Показано, что малые кластеры кобальта на поверхности Cu(001) оказываютзначительное давление на подложку, приводящее к деформации поверхности.16Выявлен механизм когерентного погружения кластеров, основанный наобразовании вакансий в подложке у края кластера.5.
Получены параметры ускоряющего потенциала для моделирования диффузииадатома кобальта на поверхности Cu(001), позволяющие существенно (в 40 иболее раз) увеличить временной масштаб моделирования.6. Получена зависимость энергии упругого взаимодействия адатомов кобальта наповерхности меди от расстояния между адатомами. Проведена оценкадиапазона температур, для которого упругое взаимодействие адатомовкобальта существенно влияет на процесс роста островов.7. Показано, что упругое взаимодействие между малыми кластерами кобальта наповерхности Cu(111) может менять знак с увеличением размеров кластера.Получена зависимость энергии взаимодействия кластеров кобальта от ихразмера, которая в пределе больших кластеров согласуется с известнымрезультатом макроскопической теории упругости.Основные результаты диссертации опубликованы в следующихработах:1.
V.S. Stepanyuk, D.V. Tsivlin, D. Sander, W. Hergert, J. Kirschner, Mesoscopicscenario of strain-relief at metal interfaces, Thin Solid Films 428, 1 (2003).2. V.S. Stepanyuk, D.V. Tsivline, D.I. Bazhanov, W. Hergert, A.A. Katsnelson,Burrowing of Co clusters on the Cu(001) surface: Atomic-scale calculations, Phys.Rev. B 63, 235406 (2001).3. Д.В.
Цивлин, В.С. Степанюк, Н.А. Леванов, В. Хергерт, А.А. Кацнельсон,Корреляция между энергиями связи и межатомными расстояниями вкристаллах и атомных кластерах, Вестник Московского Университета, серия 3,физика, астрономия, N3, 73 (1999).4. D.V. Tsivlin, V.S. Stepanyuk, W. Hergert, J. Kirschner, Effect of mesoscopicrelaxation on diffusion of Co adatom on Cu(111) surface, Proceedings of the SpringMeeting of German Physical Society, Dresden, 2003, p. 346.5. D.V. Tsivlin, Modeling of Co nanostructures on Cu surface, Proceedings of GermanAcademic Exchange Service, Berlin, 2003, p.
99.6. V.S. Stepanyuk, D.I. Bazhanov, W. Hergert, D.V. Tsivline, A.A. Katsnelson,Burrowing of Co clusters on Cu surface: energetics and capillarity phenomena,Proceedings of European Conference on Surface Science, Madrid, 2000.7. Д.В. Цивлин, тезисы докладов Международной конференции студентов иаспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-99", секция "Физика",Москва, 1999, с. 136.178. D.V.
Tsivline, V.S. Stepanyuk, N. Levanov, W. Hergert, A.A. Katsnelson, C.Massobrio, P.H. Dederichs, Structural Characteristics and Magnetic Properties ofSmall Supported Clusters and Thin Films of Co on Cu(001), Proceedings of MoscowInternational Simposium on Magnetism MISM-1999, Moscow, 1999, p. 221.9. D. Tsivline, V.S. Stepanyuk, N. Levanov, W. Hergert, A.A. Katsnelson, BondingTrends in Free and Supported Metal Clusters, Proceedings of Conference onComputational Physics CCP-1998, Granada, Spain, 1998, p. 327.10.
V.S. Stepanyuk, A.N. Baranov, D.V. Tsivlin, W. Hergert, P. Bruno, N. Knorr, M.A.Schneider, K. Kern, Quantum interference and long-range adsorbate-adsorbateinteraction, Phys. Rev. B, в печати.11. D.V. Tsivlin, V.S. Stepanyuk, W. Hergert, J. Kirschner, Effect of mesoscopicrelaxations on diffusion of Co adatoms on Cu(111), Phys. Rev. B, в печати.18.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
