Al原子在Pb基底上的沉积过程研究

利用分子动力学方法模拟了Al原子在Pb基底上的沉积过程. 对Al原子在Pb基底(001)面上沉积的形态与Pb原子在Al(001)基底上沉积的形态做了比较. 由于界面间势垒的不同, 两个体系界面间的形态有明显的差异. 分析了基底温度、基底晶面指向、沉积原子的入射动能对界面间原子混合的影响. 模拟结果显示: 随着基底温度升高, 基底原子的可移动性大大增加, 与沉积原子发生较大程度的混合; 入射能的改变对界面间原子的混合影响很小; 基底表面取不同的晶格指向时, 基底与沉积原子间的混合行为也有明显的不同. 利用径向分布函数分析了沉积原子的入射能对薄膜中原子排列有序性的影响. 较高入射能对应更有序的薄膜结构; 由径向分布函数的结构可以推测Al原子在Pb(001)基底表面沉积时界面间可能有金属间化合物生成.关键词：Pb/Al体系沉积过程分子动力学入射能     

低能单个Cu原子与Cu13团簇沉积到Fe（001）表面的比较

本文利用分子动力学模拟方法对相同初始沉积条件下的单个Cu原子和Cu13团簇与Fe(001)表面的相互作用分别进行了模拟研究, 并将两者的模拟结果进行了比较分析. 单个Cu原子和Cu13团簇的初始入射能量范围均为1eV/atom、3eV/atom、5eV/atom和10eV/atom, 初始入射角度均为0o、10o、30o和45o, 衬底温度分别为100K、300K和800K. 对单个Cu原子和Cu13团簇的原子动能、质心高度、迁移距离和最终沉积形貌进行了分析, 对比研究了相同初始沉积条件下单个Cu原子和Cu13团簇在沉积过程中和沉积效果上的具体差异. 模拟结果表明: 单个Cu原子和Cu13团簇与Fe(001)表面的相互作用机制存在差异, Cu13团簇表现出显著的集体效应. 在特定沉积条件下, 由于Cu13团簇的集体效应, 导致Cu13团簇与Fe(001)表面的结合能力和在Fe(001)表面上的扩散能力均强于单个Cu原子.     

分子动力学模拟H原子与Si的表面相互作用

通过分子动力学模拟了入射能量对H原子与晶Si表面相互作用的影响. 通过模拟数据与实验数据的比较, 得到H原子吸附率随入射量的增加 呈先增加后趋于平衡的趋势. 沉积的H原子在Si表面形成一层氢化非晶硅薄膜, 刻蚀产物(H₂, SiH₂, SiH₃和SiH₄)对H原子吸附率趋于平衡有重要影响, 并且也决定了样品的表面粗糙度. 当入射能量为1 eV时, 样品表面粗糙度最小. 随着入射能量的增加, 氢化非晶硅薄膜中各成分(SiH, SiH₂, SiH₃)的量以及分布均有所变化.关键词：分子动力学吸附率表面粗糙度氢化非晶硅薄膜     

低能Pt原子与Pt(111)表面相互作用的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法详细研究了低能Pt原子与Pt(111)表面的相互作用所导致的表面吸附原子、溅射原子、表面空位的产生及分布规律,给出了表面吸附原子产额、溅射原子产额和表面空位产额随入射Pt原子能量的变化关系.模拟结果显示:溅射产额、表面吸附原子产额和表面空位产额随入射原子的能量的增加而增加,溅射原子、表面吸附原子的分布花样呈3度旋转对称性质;当入射粒子能量高于溅射阈值时,表面吸附原子主要是基体最表面原子的贡献,入射粒子直接成为表面吸附原子的概率很小.其主要原因是:当入射粒子能量高于溅射能量阈值时,入射关键词：分子动力学低能粒子表面原子产额空位缺陷溅射     

分子动力学模拟Gd原子在Cu(110)表面的扩散过程

为了分析Gd吸附原子在Cu(110)表面的扩散机理,用分子动力学对该扩散过程进行模拟.模拟 结果表明在［1 1 0］方向Gd原子通过跳跃机理扩散,而且多步跳跃频率很高.而在［0 0 1］方向则通过交换机理扩散.吸附原子在［1 1 0］方向的扩散能力要比［0 0 1］ 方向强.通过对扩散频率的拟合,发现两种扩散机理都符合Arrhenius公式,从而确定了跳跃 机理的扩散势垒为0.097eV,交换机理的扩散势垒为0.33eV.另外还用能量弛豫的方法确定了 跳跃机理的扩散势垒.关键词：分子动力学表面扩散跳跃机理交换机理扩散势垒     

MgO（001）表面上沉积MgO薄膜过程的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了MgO分子连续沉积于MgO（001）表面上的薄膜生长过程,分析了衬底温度和分子入射能对MgO分子在衬底表面上的扩散能力以及对衬底表面覆盖率的影响.模拟结果表明,随着衬底温度的升高,在衬底表面上沉积的MgO分子扩散能力增强,MgO薄膜层中空位缺陷变少.低温下,分子入射能的增大有助于提高衬底表面覆盖率;高温下,表面覆盖率随入射能增大到3.0 eV时达到最大值,入射能继续增大,表面覆盖率减小.关键词：MgO薄膜生长分子动力学计算机模拟表面扩散     

异质扩散过程中ES势垒的计算

利用分子动力学中的静态结构计算方法对Pd,Ag及Cu原子在面心立方铜的台阶表面扩散过程中的Ehrlich-Schwoebel(ES)势垒进行了模拟计算,研究了各种台阶表面情况下增原子扩散过程中的ES势垒;讨论了与衬底互溶的金属和与衬底不互溶的金属增原子扩散的ES势垒的异同,并将模拟结果与同质情况的研究结果进行了对比. 结果表明： 1)在同质和异质扩散过程中ES势垒随着台阶高度的变化关系是相似的,即随着台阶高度的增加,ES势垒逐渐增加;当台阶高度达到某一高度时ES势垒将趋于定值. 2)在跳跃机理下,与Cu互溶的金属(Pd)在Cu表面台阶上扩散的ES势垒最大,其次是Cu,最小的是与Cu不互溶的金属 (Ag);而在交换机理下,与Cu不互溶的金属(Ag)在Cu表面台阶上扩散的ES势垒最大,其次是Cu,最小的是与Cu互溶的金属(Pd). 3)对大多数台阶的情况,交换机理支配着原子在台阶边缘的扩散行为;且表面台阶高度对交换扩散过程影响较大.     

吸附原子在Ag,Pt,Au（11）表面上的自扩散现象

采用表面嵌入势，用静态计算和分子动力学方法研究了Ａｇ，Ｐｇ，Ａｕ单个吸附地原子在表面上的自扩散现象，分别给出了跟踪几交换机制所对应的能量变化曲线及相关原子的运动轨迹，分析了这三种不同金属表面上的自的散特点，结果与分子动力不模拟及有关的实验结果上符合。     

Si_100_2_1表面上Li原子之间的相互作用与表面结构相变

本文用原子交迭和电子离域-分子轨道方法和原子集团模型, 计算了Li 原子在Si (1 0 0 )2 ×l 表面上的吸附能和吸附Li 原子之间的相互作用, 提出了一种在Li 原子的覆盖度将接近于一个单原子层时, 随着覆盖度的进一步增加, 表面结构连续地从Si (100)-Li (2 × l) 转变成Si( 10 0 )一L i(1×1 ) 的结构相变模型.关键词：     

替位杂质对低能Pt原子与Pt(111)表面相互作用影响的分子动力学模拟

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势,通过分子动力学方法模拟了低能Pt原子与Cu,Ag,Au,Ni,Pd替位掺杂Pt(111)表面的相互作用过程,系统研究了替位原子对表面吸附原子产额、溅射产额和空位缺陷产额的影响规律,分析了低能沉积过程中沉积原子与基体表面的相互作用机理以及替位原子的作用及其影响规律.研究结果显示：替位原子的存在不仅影响着沉积能量较低时的表面吸附原子的产额与空间分布,而且对沉积能量较高时的低能表面溅射过程和基体表面空位的形成产生重要影响.替位原子导致的表面吸附原子产额、表面原子溅射以及空位形关键词：分子动力学低能粒子替位掺杂表面原子产额溅射空位     

Surface diffusion of Si,Ge and C adatoms on Si （001） substrate studied the molecular dynamics simulation

Depositions of Si, Ge and C atoms onto a preliminary Si (001) substrate at different temperatures are investigated by using the molecular dynamics method. The mechanism of atomic self-assembling occurring locally on the flat terraces between steps is suggested. Diffusion and arrangement patterns of adatoms at different temperatures are observed. At 900 K, the deposited atoms are more likely to form dimers in the perpendicular [110] direction due to the more favourable movement along the perpendicular [110] direction. C adatoms are more likely to break or reconstruct the dimers on the substrate surface and have larger diffusion distances than Ge and Si adatoms. Exchange between C adatoms and substrate atoms are obvious and the epitaxial thickness is small. Total potential energies of adatoms and substrate atoms involved in the simulation cell are computed. When a newly arrived adatom reaches the stable position, the potential energy of the system will decrease and the curves turns into a ladder-like shape. It is found that C adatoms can lead to more reduction of the system energy and the potential energy of the system will increase as temperature increases.     

非简谐振动对纳米金刚石表面性质的影响

借助米-里纳德-金斯势研究了纳米金刚石的Debye温度、表面能、表面压强、晶格参量随原子数和形状的变化规律, 探讨了非简谐振动和形状对其表面性质的影响.结果表明: 1)纳米金刚石的Debye温度和表面能随原子数的增多而增大, 其中杆状的Debye温度和表面能要小于立方形的值; 2)纳米金刚石的表面压强和低温时的晶格参量相对变化量随原子数N 的增多而减小,其中杆状的值要比立方形的值要大; 3)原子数较少时,非简谐振动效应和形状对纳米晶的Debye温度、表面能、 表面压强、晶格参量的影响显著.     

FexO-SiO2-CaO-MgO-“NiO”系镍渣势函数及分子动力学模拟

从非经验参数角度构建基于两原子模型的Fe_xO-SiO₂-CaO-MgO-\"NiO\"渣的势函数,利用分子动力学模拟揭示调控镍渣组分与结构及物理化学性能之间的关系。结果表明： BMH（Born-Mayer-Huggins）势函数能够较好表征Fe_xO-SiO₂-CaO-MgO-\"NiO\"系镍渣的势能。当镍渣中CaO含量为15 wt.%时,Si⁴⁺-Si⁴⁺间配位数最小,此时熔渣的聚合度最低,有利于扩散。当Fe元素由Fe²⁺转换为Fe³⁺后,和O^2-结合能力更强,会导致熔渣更难以扩散,因而镍渣的黏度迅速升高,造成冶炼条件恶化,因此在镍闪速熔炼时要严格控制Fe²⁺/Fe³⁺的比例。模拟计算的黏度与实测值吻合较好,表明构建的势函数能够较好地反映镍渣的物化性能。     

粗糙微通道内气体流动的分子动力学研究

为研究粗糙度对微通道内气体流动及其边界滑移性质的影响,采用分子动力学模拟方法研究了氩气在0.1 μm铂通道内的流动,通道表面粗糙度由三角粗糙元阵列构成。气体流动的边界条件决定于2个准则数: A/λ和Kn=λ/L(其中A为壁面粗糙度、λ为气体分子的平均自由程、L为流动系统的尺度)。Maxwell基于Kn的滑移模型当A/λ<0.25时适用;A/λ<1时,气体流动存在边界速度滑移,体现出稀薄效应,A/λ≈1时为无滑移,A/λ>1时为等效负滑移.     

原子掺杂对单元材料结晶能力的影响

2009年我们建立了一个凝结势模型用以预测材料形成单晶体的能力,表明单元体材料(Ni,Al,Cu,Ar,Mg)的结晶能力随凝结势的增大而单调增强.本文将凝结势模型应用于二元材料体系,并结合分子动力学模拟研究了6% Al原子掺杂对于Ni单晶材料结晶能力的影响.模拟结果发现,Al元素的掺杂会大大减弱Ni单晶的结晶能力,在此基础上提出了二元材料体系凝结势的定义,表明凝结势模型可广泛应用于预测二元体材料的结晶能力.     

微通道内电解质溶液离子分布动电学效应模拟

动电学效应对微通道内流体流动特性影响很大,其对通道内粒子分布特性的影响使得通道近壁面流体流动特性极不稳定。本文采用分子动力学方法模拟了二维矩形微通道内NaCl稀电解质溶液的流动特性,考虑存在于不同粒子间的Lennard-Jones势能、静电力、以及带电离子与水分子间的相互作用,得到了粒子在通道内的分布特征。结果显示在动电学效应主要作用于通道壁面附近,而主流区域影响极小。Na~+离子在无量纲通道高度达到0.08和0.91时其浓度达到最大值,沿远离壁面其浓度逐渐降低,与壁面电性相反的Cl~-离子则在无量纲通道高度达到0.15和0.84附近浓度最高。其结果与基于连续介质解理论的Boltzamnn统计分布一致。水分子的浓度在壁面附近也较通道中心处高。