1+1维含噪声Kuramoto-Sivashinsky方程表面宽度分布率的数值计算

通过对1+1维含噪声Kuramoto-Sivashinsky(KS)方程进行数值计算,得到其在饱和状态下的表面宽度分布率并与Kardar-Parisi-Zhang(KPZ)方程进行比较.结果表明,1+1维含噪声KS方程的表面宽度分布率标度函数受有限尺寸效应影响较小,并与KPZ方程具有相近的表面宽度分布率标度函数.     

1+1维抛射沉积模型内部结构动力学行为的数值研究

采用Kinetic Monte Carlo方法对1+1维抛射沉积(BD)模型内部结构的动力学行为进行了大量的数值模拟研究.分别分析了空洞密度和内部界面的动力学行为.研究表明,空洞密度呈高斯型分布,其平均值首先随生长时间快速增长,然后达到一个与基底尺寸无关的饱和值.除表面宽度,还引入了新的极值统计方法来分析该模型内部界面的动力学行为,分析结果显示,1+1维BD模型内部界面的演化满足标准的Family-Vicsek标度规律,并且属Kardar-Parisi-Zhang方程所描述的普适类.最后对表面宽度和极值统计两种理论方法的有限尺寸效应进行了比较.     

分形基底上刻蚀模型动力学标度行为的 数值模拟研究

为探讨分形基底结构对生长表面标度行为的影响, 本文采用Kinetic Monte Carlo(KMC)方法模拟了刻蚀模型(etching model)在谢尔宾斯基箭头和蟹状分形基底上刻蚀表面的动力学行为. 研究表明,在两种分形基底上的刻蚀模型都表现出很好的动力学标度行为, 并且满足Family-Vicsek标度规律. 虽然谢尔宾斯基箭头和蟹状分形基底的分形维数相同, 但模拟得到的标度指数却不同, 并且粗糙度指数 α与动力学指数z也不满足在欧几里得基底上成立的标度关系α+z=2. 由此可以看出, 标度指数不仅与基底的分形维数有关, 而且和分形基底的具体结构有关.     

1+1维Wolf-Villain模型奇异标度行为的数值模拟

采用Kinetic Monte Carlo(KMC)方法对描述分子束外延生长(MBE)的1+1维Wolf-Villain模型进行大尺寸和长生长时间的数值模拟研究,以消除渡越行为的影响.计算得到整体和局域标度指数.结果显示,在所模拟的空间和时间尺度范围内,1+1维Wolf-Villain模型仍呈现出固有奇异标度行为.这一结论与López等人最近的理论分析结果不一致.     

含时空关联噪声生长方程的标度奇异性分析

基于动力学重整化群理论研究表面界面生长动力学标度奇异性问题, 得到含时空关联噪声的表面生长方程标度奇异指数的一般结果,并将此方法应用于几种典型的局域生长方程——Kardar-Parisi-Zhang（KPZ）方程、线性生长方程、Lai-Das Sarma-Villain（LDV）方程.结果表明,在长波长极限下局域生长方程的动力学标度奇异性与最相关项、基底维数以及噪声有关,并且若出现标度奇异性,只会是超粗化（super rough）奇异标度行为,而不是内禀（intrinsically）奇异标度行为. 关键词： 标度奇异性 动力学重整化群理论 时空关联噪声     

二维伊辛模型的畴壁动力学

表面可以改变纳米磁性薄膜的结构和相变温度,畴壁动力学由此成为研究的重点.本文采用动力学蒙特卡罗模拟方法,对二维Ising模型磁畴界面的非平衡动力学展开数值研究.系统初态设为半正半负,即由完全有序但自旋取向完全相反的两部分组成,其间的磁畴壁随时间生长.通过对磁化标度形式的分析,发现畴壁内外的动力学标度形式虽然相同,但临界...     

分形基底上受限固-固模型动力学性质的数值模拟研究

为了探讨非完整基底结构对生长表面动力学行为的影响,本文在具有相同分形维数而不同谱维数的谢尔宾斯基箭头和蟹状分形基底上对受限固-固(restricted solid-on-solid,RSOS)模型的生长过程进行了大量的数值模拟研究.通过计算表面宽度和饱和表面极值高度的统计行为对生长表面的动力学行为进行了分析.结果表明,分形基底结构对生长表面的动力学行为具有显著的影响.尽管在两种基底上受限固-固模型的表面宽度均表现出很好的动力学标度行为,仍然满足Family-Vicsek标度规律,但由此计算得到的动力学标度指数并不相同.饱和生长表面的极值高度并不能满足三种常用的极值统计分布,即Weibull,Gumbel和Frechet分布,而是能很好地符合Asym2Sig分布.     

二维伊辛模型的畴壁动力学

表面可以改变纳米磁性薄膜的结构和相变温度，畴壁动力学由此成为研究的重点。本文采用动力学蒙特卡罗模拟方法，对二维Ising模型磁畴界面的非平衡动力学展开数值研究。系统初态设为半正半负，即由完全有序但自旋取向完全相反的两部分组成，其间的磁畴壁随时间生长。通过对磁化标度形式的分析，发现畴壁内外的动力学标度形式虽然相同，但临界指数在数值上却存在很大差异，相差一个 =1，这是由初始条件导致的。     

含有广义守恒律的生长方程标度奇异性的直接标度分析

利用直接标度分析方法研究一个含有广义守恒律生长方程的标度奇异性,得到强弱耦合区域的奇异标度指数.作为其特殊情况,这个方程包含Kardar-Parisi-Zhang（KPZ）方程、 Sun-Guo-Grant（SGG）方程以及分子束外延（MBE）生长方程,并能对其进行统一的研究.研究发现, KPZ方程和SGG方程,无论在弱耦合还是在强耦合区域内都遵从自仿射Family -Vicsek正常标度规律;而MBE 方程在弱耦合区域内服从正常标度,在强耦合区域内能呈现内禀奇异标度行为.这里所得到生长方程的奇异标度性质与利用重正化群理论、数值模拟以及实验相符很好. 关键词： 标度奇异性 强耦合 弱耦合     

Ballistic Deposition模型孔洞生长标度行为的数值模拟

为研究表面界面粗化生长中孔洞的标度行为,在对Ballistic Deposition(BD)模型进行数值模拟的基础上,对模型中孔洞的模拟生长情况进行统计和分析.结果表明,BD模型中孔洞数目随模型生长时间的变化从初始阶段的高于线性而渐趋近于线性,并对该规律进行理论分析.     

生长初期Ta膜的表面动态演化行为

用磁控溅射方法在单晶Si衬底上沉积膜厚为15—250nm的Ta膜.基于原子力显微镜获得的薄膜表面形貌，用动力学标度理论量化表征薄膜表面动态演化行为.结果表明：当膜厚d<50nm时，薄膜生长指数β≈0.17，而d>50nm后β≈0.45；随着d增加，粗糙度指数α由0.24逐渐增加到0.69，且在d>50nm后趋于稳定.Ta膜的表面动态演化行为揭示了其由小岛聚合结构向连续膜演化的生长过程.与自阴影等非局域效应引起的非稳定行为不同的是，当d<50nm时，薄膜表面动态演化的非稳定行为来源于生长初期的小岛聚合，表面小岛沿膜面切向的生长优于沿法向的生长.随着d继续增加，薄膜以连续膜形式生长，表面动态演化趋于稳定.     

科赫分形基底上受限固-固模型动力学标度行为的数值研究

为分析基底结构对离散生长模型动力学性质的影响, 本文在随机游走指数十分接近而分形维数和谱维数均不相同的科赫格子和科赫曲线分形基底上对受限固-固(restricted solid-on-solid)模型的生长过程进行数值模拟研究. 通过分析表面宽度和饱和表面极值高度的统计行为发现: 随机游走的动力学指数能够对饱和粗化表面的动力学行为起主要贡献. 尽管分形基底具有不同的分形维数和谱维数, 但是在两种分形基底上得到了在误差范围内相同的粗造度指数. 两种分形基底上饱和表面相对生长高度极大(小)值分布分别可以很好的塌缩在一起, 且很好的满足Asym2Sig函数分布.     

Surface structures of equilibrium restricted curvature model on two fractal substrates

With the aim to probe the effects of the microscopic details of fractal substrates on the scaling of discrete growth models, the surface structures of the equilibrium restricted curvature(ERC) model on Sierpinski arrowhead and crab substrates are analyzed by means of Monte Carlo simulations. These two fractal substrates have the same fractal dimension df, but possess different dynamic exponents of random walk zrw. The results show that the surface structure of the ERC model on fractal substrates are related to not only the fractal dimension df, but also to the microscopic structures of the substrates expressed by the dynamic exponent of random walk zrw. The ERC model growing on the two substrates follows the well-known Family–Vicsek scaling law and satisfies the scaling relations 2α + df≈ z ≈ 2zrw. In addition, the values of the scaling exponents are in good agreement with the analytical prediction of the fractional Mullins–Herring equation.     

Generic dynamic scaling in kinetic roughening

We study the dynamic scaling hypothesis in invariant surface growth. We show that the existence of power-law scaling of the correlation functions (scale invariance) does not determine a unique dynamic scaling form of the correlation functions, which leads to the different anomalous forms of scaling recently observed in growth models. We derive all the existing forms of anomalous dynamic scaling from a new generic scaling ansatz. The different scaling forms are subclasses of this generic scaling ansatz associated with bounds on the roughness exponent values. The existence of a new class of anomalous dynamic scaling is predicted and compared with simulations.     

Effect of substrate morphology on the roughness evolution of ultra thin DLC films

The effect of substrate roughness on growth of ultra thin diamond-like carbon (DLC) films has been studied. The ultra thin DLC films have been deposited on silicon substrates with initial surface roughness of 0.15, 0.46 and 1.08 nm using a filted cathodic vacuum arc (FCVA) system. The films were characterized by Raman spectroscope, transmission electron microscope (TEM) and atomic force microscopy (AFM) to investigate the evolution of the surface roughness as a function of the film thickness. The experimental results show that the evolution of the surface morphology in an atomic scale depends on the initial surface morphology of the silicon substrate. For smooth silicon substrate (initial surface roughness of 0.15 nm), the surface roughness decreased with DLC thickness. However, for silicon substrate with initial surface roughness of 0.46 and 1.08 nm, the film surface roughness decreased first and then increased to a maximum and subsequently decreased again. The preferred growth of the valley and the island growth of DLC were employed to interpret the influence of substrate morphology on the evolution of DLC film roughness.     

遮蔽效应对抛射沉积模型标度性质的影响

在表面粗糙化生长过程中粒子非垂直入射产生的遮蔽效应是一种长程相互作用, 实验发现非垂直入射时生长表面形貌和生长性质都受到遮蔽效应的影响. 本文通过模拟倾斜入射的抛射沉积模型得到了其标度指数、 表面统计的偏度和峰度以及生长体的多孔性与入射角度的关系, 模拟结果显示标度指数与入射角度的关系是非单调的, 而偏度和峰度的有限尺寸效应也取决于入射角度的大小. 同时本文对以上模拟结果进行了定性的分析.     

Morphological anisotropy during migration enhanced epitaxy of GaAs(0 0 1)

The GaAs(0 0 1) surface morphology and structure during growth by migration enhanced epitaxy (MEE) has been studied by reflection high energy electron diffraction and scanning tunneling microscopy. Changes induced by varying the incident As/Ga flux ratio, growth temperature and the total amount of material deposited in each cycle have been studied and the results compared with GaAs(0 0 1) growth by conventional molecular beam epitaxy (MBE). Comparison of the surface morphology at the end of the Ga and As cycles indicates no clear evidence for any enhancement in the Ga adatom diffusion length during the Ga cycle. However, the morphological anisotropy of the growth front does change significantly and it is proposed that this changing anisotropy during MEE enables Ga adatom diffusion along both azimuths. The surface anisotropy during MEE growth is found to increase with the Ga/As ratio. Although there is a clear correlation between composition and morphology, we have also found that highly ordered and flat surfaces are not necessarily an indication of stoichiometric material. We also attempt to clarify a recent controversy on the structure of the c(4 × 4) reconstruction by studying the surface structure at the end of the As cycle as a function of the As/Ga ratio.     

Surface Critical Behavior of Two-Dimensional Dilute Ising Models

Ising models with nearest neighbor ferromagnetic random couplings on a square lattice with a (1, 1) surface are studied, using Monte Carlo techniques and a star-triangle transformation method. In particular, the critical exponent of the surface magnetization is found to be close to that of the perfect model, Β₁ = 1/2. The crossover from surface to bulk critical properties is discussed.     

自对耦无序分布随机链Potts模型的临界普适性研究

以蒙特卡罗模拟方法对自对耦分布二维随机链q态Potts模型的短时临界行为进行了数值研究.利用初始非平衡演化阶段存在的普适幂指数和有限体积标度行为，数值模拟了在不同形式随机分布时q＝3和q＝8态Potts模型磁临界指数η和动力学临界指数z.计算结果发现η不依赖于自对偶无序分布的具体形式， 从而以数值方法给出了一个关于淬火掺杂自旋系统的临界普适行为的验证. 关键词： 随机链Potts模型 动力学蒙特卡罗模拟 临界普适性