载能氢原子与石墨(001)面碰撞过程中的能量传递行为的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法研究了单一载能氢原子与石墨碰撞时氢原子被石墨反射、 吸附和石墨被氢原子穿透的发生系数以及碰撞中的能量传递机理. 研究发现: 与单层石墨相比, 多层石墨之间的长程相互作用增加了氢原子发生反射的能量范围, 尤其当入射能量大于20.0 eV时, 对反射过程的影响很明显; 当氢原子的入射能量大于25.0 eV时, 有一定的概率穿透四层石墨; 当氢原子入射能量高于28.0 eV时, 载能氢原子的能量传递给第二层石墨烯的比传递给第一层石墨烯的多. 这些结果对理解聚变反应中, 碳基材料的化学腐蚀及氚滞留有重要意义.     

低能CU6团簇在CU(001)表面和AU(001)表面沉积的分子动力学模拟研究

关键词：     

Ni原子倾斜轰击Pt(111)表面低能溅射现象的分子动力学模拟

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势,通过分子动力学模拟详细研究了以不同角度入射的低能Ni原子与Pt (111)基体表面相互作用过程中的低能溅射行为.结果表明:随着入射角度从0°增加到80°,溅射产额Y_s和入射原子钉扎系数S的变化均可以根据入射角θ近似地分为以下三个区域:当θ ≤ 20°时,Y_s和S几乎保持不变,其值与垂直入射时接近,溅射原子的发射角分布和能量分布也与垂直入射时的情 关键词： 分子动力学模拟 入射角 低能溅射     

单空位缺陷对载能氢原子与石墨层间碰撞的能量交换的影响的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法研究空位缺陷对石墨层中碳氢粒子碰撞的影响.将氢原子以不同能量分别向单空位缺陷边缘的两个碳原子轰击,分析了入射氢原子的能量损失、发生吸附反应的能量范围和靶原子的能量传递过程.研究发现,单空位缺陷边缘的碳氢粒子更易发生吸附反应;在碳氢粒子正碰过程中,氢原子随入射能量变化出现了双反射区域;碳氢粒子在空位缺陷边缘吸附后,形成了高结合能的sp²结构,并出现悬挂键,其临近的碳碳键能未降低;单空位缺陷边缘的碳原子吸附氢原子能量的能力强而传递能量的能力弱.这些结果对理解聚变反应 关键词： 面向等离子体材料 分子动力学方法 单空位缺陷     

低能Cl原子刻蚀Si(100)表面的分子动力学模拟

使用分子动力学模拟方法研究了不同能量(0.3—10 eV)的Cl原子对表面温度为300 K的Si(100)表面的刻蚀过程.模拟中采用了Tersoff-Brenner势能函数来描述Cl-Si体系的相互作用.模拟结果显示,随着入射Cl原子在表面的吸附达到饱和,Si表面形成一层富Cl反应层.这和实验结果是一致的.反应层厚度随入射能量增加而增加.反应层中主要化合物类型为SiCl,且主要分布于反应层底部.模拟结果发现随初始入射能量的增加,Si的刻蚀率增大.在入射能量为0.3,1和5 eV时,主要的Si刻蚀产物为Si 关键词： 分子动力学 Cl刻蚀Si 分子动力学模拟 微电子机械系统     

低能粒子轰击对Si(001)-2×1表面原子行为的影响:分子动力学模拟研究

对１─１００ｅｖ的低能位子轰击Ｓｉ（００１）－２×１表面进行了分子动力学模拟研究，利用二维偶对相关函数分析了低能轰击对表面层原子行为的影响。研究表明，１０ｅＶ，１００ｅＶ粒子的轰击，一方面增强了表面原子形成二聚体的能力，使表面二聚体成键数量增加；另一方面，也使表面原子的排列更趋无序。１ｅＶ的粒子对表面原子行为的影响不大，只是使表面原子的振动加剧。     

过渡金属锆铁对钨中氢氦行为的影响

钨被广泛地认为是最具潜力的面向等离子体材料。钨在聚变堆中的服役过程中,会受到强束低能的氢氦粒子流的影响,其结果是钨的性能下降。本工作通过第一性原理计算的方法研究了过渡金属锆铁对钨中氢氦行为的影响。研究结果表明,锆或铁的掺入会使钨的机械强度降低,延展性增加;锆铁的掺入不会改变氢氦在钨中的最佳占位,但是它们对氢氦在钨中的稳定性有一定影响;锆和铁对钨中氢氦的捕获作用存在一个最佳作用半径;铁原子在短距离（< 3.626 Å）时对氦有捕获作用,在长距离（> 3.626 Å）时存在排斥作用,而锆对钨中氢氦均具有捕获作用;钨中氢表现为亲电子的性质,而氦表现出疏电子的特性。总体上讲,锆对钨中氢氦的捕获作用要强于铁对钨中氢氦的捕获作用。本研究工作能够为钨基面向等离子体材料制备提供理论指导。Tungsten was widely considered as a highly promising candidate of plasma facing material, while the presence of hydrogen and helium has an adverse effect on the performance of the tungsten. The effects of transition metals (zirconium, iron) on the behavior of hydrogen and helium in tungsten were investigated by using the first-principles calculation method. The results show that doping of zirconium and iron decreases the mechanical strength of tungsten a little, but they increase the ductility of tungsten; zirconium and iron can't change the best occupied site of hydrogen and helium in tungsten, but they have some effect on the stability of the point defects formed by hydrogen and helium in tungsten; there is the best attraction radius between the transition metals (zirconium, iron) and hydrogen or helium in tungsten; there is an attractive interaction between iron and helium in a short distance (<3.626 Å), but a repulsion interaction in a long distance (>3.626 Å). An attractive interaction exists between zirconium and helium or hydrogen in tungsten whatever the distance is; the hydrogen that in tungsten has an electrophilic nature, while the helium has opposite features. The attraction interaction between zirconium and hydrogen or helium in tungsten is stronger than that of iron. Our works in this paper might provide a theory guide for the selection and preparation of the tungsten based alloy that is used as the plasma facing materials.     

空位在金刚石近(001)表面扩散的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了空位在金刚石近(001)表面的扩散过程,研究了温度对空位扩散的影响.结果表明,当温度为1000K左右时,位于近表面第二层上的空位开始向表面运动;当温度在1400—2000K时,空位完全扩散到表面.这与实验结果和其他计算结果符合得很好.同时发现,温度为1400—1800K时,空位的扩散经历了两次迁移运动,其分别对应了均方位移图中的两个极大值.在不施加任何约束的条件下得到了空位的动态扩散路径,空位在金刚石近(001)表面的扩散势垒约为042eV.并探讨了一定温度下空位数目增多及其不同排列 关键词： 金刚石 空位 扩散 分子动力学     

低能原子沉积在Pt(111)表面的分子动力学模拟

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势,利用分子动力学方法模拟了六种贵金属原子(Ni,Pd,Pt,Cu,Ag,Au)分别在Pt(111)表面低能沉积的动力学过程.结果表明:随着入射能量从0.1eV升高到200eV,基体表面原子是按层迁移的,沉积过程对基体表面的影响和沉积原子在基体表层的作用均存在两个转变能量(ET1≈5eV,ET2≈70eV).当入射能量低于5eV时,基体表面几乎没有吸附原子和空位形成,沉积原子在基体表层几乎没有注入产生;当入射能量在5—70eV范围内时,沉积原子在基体表层有注入产生,其注入深度小于两个原子层,即为亚注入,此时吸附原子主要由基体表层原子形成,基体表面第三层以下没有空位形成;当入射能量高于70eV时,沉积原子的注入深度大于两个原子层,将会导致表面以下第三层形成空位,并且空位产额随入射能量的升高而急剧增加.基于分子动力学模拟的结果,对低能沉积作用下的薄膜生长以及最优沉积参数的选择进行了讨论.     

载能氢同位素原子与石墨(001)面碰撞的分子动力学研究

采用分子动力学方法研究了载能H同位素原子与石墨晶体碰撞的同位素效应. 碳氢系统的强共价键作用和石墨层间的弱van der Waals力分别用REBO和Ito半经验势函数来描述. 研究发现: 随着入射原子质量的增加, 上表面吸附几率和反射几率的峰值都会向高能区移动; 相比于H, ²H入射原子, ³H入射原子具有较高的吸附几率——包括上表面吸附和内部吸附; 穿透石墨晶体, ²H, ³H原子所需的能量较高; 原子质量和原子入射能量都会影响入射粒子与不同石墨层之间的能量传递过程. 这些结果对理解碳基材料的³H滞留机制有重要意义.     

单晶钨纳米线拉伸变形机理的分子动力学研究

利用分子动力学方法, 对本课题组率先采用金属催化的气相合成法制备出的高纯度单晶钨纳米线进行拉伸变形数值模拟, 通过分析拉伸应力-应变全曲线及其微观变形结构, 揭示出单晶钨纳米线的拉伸变形特征及微观破坏机理. 结果表明: 单晶钨纳米线的应力-应变全曲线可分为弹性阶段、损伤阶段、相变阶段、强化阶段、 破坏阶段等五个阶段, 其中相变是单晶钨纳米线材料强化的重要原因; 首次应力突降是由于局部原子产生了位错、孪生等不可逆变化所致; 第二次应力突降是发生相变的材料得到强化后, 当局部原子再次产生位错导致原子晶格结构彻底破坏而形成裂口、且裂口不断发展成颈缩区时, 材料最终失去承载能力而断裂. 计算模拟得到的单晶钨纳米线弹性模量值与实测值符合较好. 关键词： 分子动力学 应力应变曲线 微观机理 单晶钨纳米线     

Molecular dynamics simulation model of hydrogen recycling on carbon divertor for neutral transport analysis in large helical device

To perform the neutral-transport simulation with processes in which hydrogen molecules contribute to the reaction such as molecular assisted recombination, the parameters of emitted neutral particles at the wall such as the energy distributions and the form (atom or molecule) of emitted neutral particles are necessary as a boundary condition of the calculation. Therefore, in order to provide information of recycled hydrogen on the divertor to neutral-transport code, molecular dynamics simulation of a hydrogen atom injection into a carbon material is performed to obtain the distributions of emission angle and translational energy of emitted hydrogen atoms and molecules. The distributions of rotational and vibrational energies are also investigated in the case of molecular hydrogen emission. Moreover, the quantum rotational state J, and vibrational state v are estimated from the classical value obtained by the simulation.     

Molecular dynamics simulation of low-energy bombardment of Pt (1 1 1) surface by Cu atoms with various incident angles

The low-energy bombardment of Pt (1 1 1) surface by Cu atoms with various incident angles (θ) is studied with MD simulations. In the case of near-normal incidence (θ≤20°), the result of energy deposition is similar to that of θ=0°. In contrast, in the case wherein the incident angles are higher than 60°, the incident atom cannot penetrate through the first layer and is scattered directly on the surface. The low-energy deposition has no obvious effect on the substrate. For 20°≤θ≤60°, the oblique incidence contributes to uniformity of nucleation and layer-by-layer growth of film as well as the layer-by-layer removal of atoms in the surface layers. Based on our MD simulations, the mechanism behind the deposition and thin film formation is related to the horizontal component and the vertical component of the impact momentum.     

异质原子在Cu（001）表面扩散的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟单个增原子Ag,Pd和Cu在Cu（001）表面上的扩散过程.通过对自扩散和异质扩散过程中扩散机制的观察,统计三种不同的增原子在不同温度下的扩散频率,拟合给出扩散势垒和扩散频率的指前因子,并与扩散势垒的静力学计算结果进行比较.结果表明：在800 K以下时,三种增原子均以简单跳跃机制为主扩散,与衬底不互溶的Ag增原子的跳跃频率最大,与衬底互溶的Pd增原子的跳跃频率最小.同质增原子与异质增原子的扩散频率和温度的关系均较好地符合Arrhenius公式,由Arrhenius公式拟合给出的三种不同增原子的扩散势垒与表面结构和增原子表面结合能有关.Pd和Cu增原子从跳跃机制为主向交换机制为主的转换温度分别在825和937 K左右. 关键词： 表面扩散 分子动力学模拟