熔融Cu55团簇在铜块体中凝固过程的分子动力学模拟

应用基于嵌入原子势函数的分子动力学方法,模拟了嵌入在具有面心立方结构同质块体中的熔融Cu₅₅团簇在不同急冷温度下微观结构的演变情况.通过计算熔融Cu₅₅团簇的均方位移和原子平均能量随时间步的变化,并应用键对分析技术,分析了急冷温度对熔融Cu₅₅团簇结构变化的影响.研究结果表明,由于受到块体结构的影响,在所研究的急冷温度范围内,熔融Cu₅₅团簇在凝固过程中形成了以面心立方结构为主的微观结构.结晶过程是原子不断交换其位置的过程,团簇原子位置的重排敏感于温度的变化.随着急冷温度的升高,原子的扩散范围增大.在100,300和500 K三个较低的温度下有利于形成稳定的面心立方结构,但当急冷到100 K时,团簇中的原子在没有找到其最佳位置之前就已经完成晶化.在急冷到500 K时,团簇中的原子在块体中扩散充分,与块体中的原子形成理想的面心立方结构.在700,900和1100 K三个较高的温度上,局域结构表现为随时间步波动性变化. 关键词： 团簇 分子动力学 计算机模拟 凝固     

熔融Cu55团簇在Cu(010)表面上凝固过程的分子动力学模拟

采用基于嵌入原子方法的分子动力学,模拟了熔融Cu55团簇在Cu衬底(010)表面上以两个不同降温速率降温过程中结构的变化.模拟结果表明,降温速率对团簇结构的变化有很大影响.较快的降温速率使得降温过程中团簇原子具有较低的能量;较慢的降温速率有助于高温时位于衬底内的原子向衬底表面扩散,排列形成面心立方结构.     

Cu_(87)团簇在升温与急冷过程中结构变化的原子尺度模拟

本文采用基于嵌入原子法的正则系综分子动力学方法在原子尺度上计算了包含87个原子的Cu87金属团簇在连续升温和急冷降温时的结构演化过程.根据原子平均势能、对分布函数、原子堆积结构和主要原子键对数目随温度的变化表明,温度的不同极大地影响团簇内的原子堆积结构.在升温过程中,随着温度的升高,团簇内原子堆积结构出现由密排六方、二十面体直到无序堆积的变化.在急冷降温过程中,随着急冷温度的降低,团簇内出现一定数量的二十面体和面心立方局域结构、数量不一的HCP,FCC和二十面体局域结构,直到急冷温度较低时的一定数量的二十面体局域结构.     

熔融Cu55团簇在Cu(010)表面上凝固过程的分子动力学模拟

采用基于嵌入原子方法的分子动力学,模拟了熔融Cu₅₅团簇在Cu衬底（010）表面上以两个不同降温速率降温过程中结构的变化.模拟结果表明,降温速率对团簇结构的变化有很大影响.较快的降温速率使得降温过程中团簇原子具有较低的能量;较慢的降温速率有助于高温时位于衬底内的原子向衬底表面扩散,排列形成面心立方结构. 关键词： 团簇 凝固 分子动力学 表面     

Cu87团簇在升温与急冷过程中结构变化的原子尺度模拟

本文采用基于嵌入原子法的正则系综分子动力学方法在原子尺度上计算了包含87个原子的Cu87金属团簇在连续升温和急冷降温时的结构演化过程。根据原子平均势能、对分布函数、原子堆积结构和主要原子键对数目随温度的变化表明,温度的不同极大地影响团簇内的原子堆积结构。在升温过程中,随着温度的升高,团簇内原子堆积结构出现由密排六方、二十面体直到无序堆积的变化。在急冷降温过程中,随着急冷温度的降低,团簇内由出现的一定数量的二十面体和面心立方的局域结构、数量不一的HCP,FCC和二十面体局域结构,直到急冷温度较低时的一定数量的二十面体局域结构。     

熔融Cu57团簇在急冷过程中弛豫和局域结构转变的分子动力学研究

采用基于嵌入原子方法的正则系综分子动力学研究熔融Cu₅₇团簇在急冷过程中的弛豫及其局域结构变化.通过对弛豫过程中均方位移、非相干中间散射函数和非Gauss参数三种函数和原子键对随急冷温度不同所发生变化的分析表明,在经过短时间的原子剧烈运动后,急冷温度极大地影响着团簇内原子结构弛豫过程.急冷温度较高时,原子在经历短时间剧烈运动的β弛豫后,进入α弛豫区后以扩散运动为主,随后原子运动表现为非扩散性的原子局域结构重排,团簇内没有出现明显的成核结构.随着温度的降低,原子局域结构的变化在经过短时间原子剧烈运动的β弛豫后,在α弛豫区原子运动表现为扩散性运动,并出现一定数量的不稳定二十面体结构.当急冷温度很低时,在进入α弛豫区后,团簇结构变化逐渐表现为非扩散性原子局域结构重排,形成相当数量的稳定成核二十面体结构. 关键词： 团簇 分子动力学 计算机模拟 表面     

熔融Cu57团簇在急冷过程中弛豫和局域结构转变的分子动力学研究

采用基于嵌入原子方法的正则系综分子动力学研究熔融Cu₅₇团簇在急冷过程中的弛豫及其局域结构变化.通过对弛豫过程中均方位移、非相干中间散射函数和非Gauss参数三种函数和原子键对随急冷温度不同所发生变化的分析表明,在经过短时间的原子剧烈运动后,急冷温度极大地影响着团簇内原子结构弛豫过程.急冷温度较高时,原子在经历短时间剧烈运动的β弛豫后,进入α弛豫区后以扩散运动为主,随后原子运动表现为非扩散性的原子局域结构重排,团簇内没有出现明显的成核结构.随着温度的降低,原子局域结构的变化在经过短时间原子剧烈运动的β弛豫后,在α弛豫区原子运动表现为扩散性运动,并出现一定数量的不稳定二十面体结构.当急冷温度很低时,在进入α弛豫区后,团簇结构变化逐渐表现为非扩散性原子局域结构重排,形成相当数量的稳定成核二十面体结构.     

小尺寸铜团簇冷却与并合过程中结构变化的原子尺度研究

研究Cu_N（N=57,58,59）熔融铜团簇在冷却过程以及300 K时两个具有二十面体结构Cu₅₅团簇在并合过程中的结构变化.对这些小尺寸团簇的结构变化采用基于嵌入原子方法的正则系综分子动力学进行计算机模拟.通过对模拟结果的分析表明,小团簇的冷却和并合过程存在阶段变化的特点.降温过程中Cu_N（N=57,58,59）团簇的原子运动及其微观结构变化表现出较大差异,由此导致这三类团簇内原子排布的不同,其中Cu₅₉团簇结构的有序程度最低.在两个Cu₅₅团簇并合早期阶段,这两个团簇相接触后发生变形导致原子位置出现较大改变,在随后的并合过程中,原子扩散引起原子局部位置调整导致所并合体系的结构发生变化.远离两个团簇接触区的原子仍保持其并合前的结构. 关键词： 团簇 分子动力学 计算机模拟 表面     

低温下Cu13团簇负载于Cu(001)表面上结构变化的分子动力学研究

应用分子动力学方法研究温度为10和50 K时具有二十面体结构的Cu13团簇以不同接触条件与Cu(001)表面结合后的结构变化,原子间的相互作用势采用Johnson的嵌入原子方法模型.通过基于原子密度分布函数的分析表明,负载团簇与表面的结合能主要受团簇与载体相接触的最低层原子数及这些原子所具有的不同几何构型影响,同时更高层的原子呈现出不同的几何结构.温度为10 K时,负载团簇的初始位置对团簇几何结构和结合能影响较大.     

低温下Cu13团簇负载于Cu(001)表面上结构变化的分子动力学研究

应用分子动力学方法研究温度为10和50 K时具有二十面体结构的Cu₁₃团簇以不同接触条件与Cu（001）表面结合后的结构变化,原子间的相互作用势采用Johnson的嵌入原子方法模型.通过基于原子密度分布函数的分析表明,负载团簇与表面的结合能主要受团簇与载体相接触的最低层原子数及这些原子所具有的不同几何构型影响,同时更高层的原子呈现出不同的几何结构.温度为10 K时,负载团簇的初始位置对团簇几何结构和结合能影响较大. 关键词： 分子动力学 团簇 表面 计算机模拟     

Cluster size and substrate temperature affecting thin film formation during copper cluster deposition on a Si （001） surface

The soft deposition of Cu clusters on a Si(001) surface was studied by molecular dynamics simulations.The embedded atom method,the Stillinger-Weber and the Lennar-Jones potentials were used to describe the interactions between the cluster atoms,between the substrate atoms,and between the cluster and the substrate atoms,respectively.The Cu13,Cu55,and Cu147 clusters were investigated at different substrate temperatures.We found that the substrate temperature had a significant effect on the Cu147 cluster.For smaller Cu13 and Cu55 clusters,the substrate temperature in the range of study appeared to have little effect on the mean center-of-mass height.The clusters showed better degrees of epitaxy at 800 K.With the same substrate temperature,the Cu55 cluster demonstrated the highest degree of epitaxy,followed by Cu147 and then Cu13 clusters.In addition,the Cu55 cluster showed the lowest mean center-of-mass height.These results suggested that the Cu55 cluster is a better choice for the thin-film formation among the clusters considered.Our studies may provide insight into the formation of desired Cu thin films on a Si substrate.     

Local structure changes of Cu55 cluster during heating

The structural relaxation of a cluster containing 55 atoms at elevated temperatures is simulated by molecular dynamics. The interatomic interactions are given by using the embedded atom method （EAM） potential. By decomposing the peaks of the radial distribution functions （RDFs） according to the pair analysis technique, the local structural patterns are identified for this cluster. During increasing temperature, structural changes of different shells determined by atom density profiles result in an abrupt increase in internal energy. The simulations show how local structural changes can strongly cause internal energy to change accordingly.     

Cu偏析诱导Co团簇结构及性质异常的动力学模拟

采用分子动力学结合镶嵌原子势方法,模拟研究了Cu原子分别分布于基体Co团簇内层和表面构成Cu-Co合金团簇的结构和热力学性质,研究表明,相同数目的 Cu原子掺杂到基体中因掺杂层的不同,会诱导内层Co团簇和外层Co团簇结构、能量及熔点表现出巨大差异;Cu原子在团簇各层掺杂位置的差异,会导致原子向低能态位置偏移,但相对移动后后续原子的补位,使团簇结构随温度呈相对无扩散度相变;Cu原子由内层向表面偏析是内层Co团簇与相同原子数比例的外层Co团簇熔点产生巨大差异的主要原因.     

铜团簇(n=55)结构及能量随温度演变的Monte Carlo 模拟研究

采用Monte Carlo方法及Embeded-Atom Method作用势，以55个铜原子体系为对象，研究了高 温铜团簇的结构及能量.首先计算温度为200?K时Cu₅₅的能量及结构，其结果 与土耳 其Süleyman ?zcelik 等人的研究小组的研究结果符合很好，说明此方法是可靠的.然后， 从12000?K开始逐渐降温，间隔1000?K，每个温度点MCS为10⁶，在达到平衡时 得到体系的结构及能量.结果表明：在10000?K以上时，体系只有少数原子结合在一起成核，成核数很少，且很不稳定，单原子数较多；在10000?K到6000?K温度段，随着温度的降低，体系 结构由单原子双原子数较多渐变到有较多原子结合在一起，形成一个大的成核中心，剩余单 原子、双原子逐渐与成核中心集结；在温度5000?K达到平衡时，体系原子已经完全结合在 一起，没有单个原子存在，体系能量为-11206?eV，在进一步降温的过程中，体系结构由 5000?K时的不对称、不规则渐变到600?K时的规则、对称的双二十面体结构，能量为-168 50?eV；在可视化的显示下，得到一幅十分清晰的关于体系随温度降低的结构演变图. 关键词： 铜团簇 结构及能量 Monte Carlo 模拟 高温