Молекулярно-динамічне моделювання масоперенесення у твердому тілі під дією іонів низьких енергій

Двоетапний опис перенесення маси в двокомпонентних кристалах з низькою концентрацією домішки може використовуватися для оптимізації початкової стадії напилювання тонких плівок з газової фази у супроводі іонного бомбардування та коректного тлумачення результатів пошарового аналізу профілів низької концентрації. При цьому, енергії іонів можуть бути вищими, ніж ті, що розглядалися в роботі, що не суперечить модельним твердженням.

Використання транспортного рівняння ІП замість дифузійного наближення, врахування термічної стадії каскаду, а також балістичних особливостей атомів домішки і матриці може призводити до кінцевого зростання розрахункового поширення пошарового профілю концентрації в ~3 рази за відсутністю ефектів взаємного розчинення компонентів, що доводить необхідність перегляду ролі каскадної складової ІП при пошаровому аналізу.

Двоетапний розрахунок ІП та РПД може використовуватися для обчислення параметрів (наприклад, глибини області перемішування та коефіцієнта ІП) швидко-розрахункових моделей масоперенесення, наприклад, дифузійної моделі ІП з постійним коефіцієнтом ІП в обмеженій області, і тестування таких моделей. У вигляді єдиної комп’ютерної програми, двоетапний метод може входити до пакета сервісних програм робочого місця інженера-технолога.

МД розрахунки каскадних переміщень атомів у двошарових кристалах Al/Ni і Ni/Al демонструють можливість врахування в ІП взаємного розчинення компонентів з високими концентраціями атомів і отримання достовірних результатів на початковій стадії перемішування без оцінки ефективної температури каскаду.

Дані генерації дефектів та каскадних переміщень атомів у кристалах Cu, Ni, Al, Al/Ni і Ni/Al є важливими для з’ясування закономірностей розвитку приповерхневих атомних каскадів в інших системах, а також для можливих технологічних застосувань. Наприклад, було отримано зменшення генерації міжвузлових атомів у кристалі Al/Ni порівняно з кристалом Ni при енергіях іонів Ar 50 еВ і 100 еВ, а також іонів Xe – 50 еВ, що може бути використано для розробки нових радіаційно-стійких матеріалів.

Особистий внесок здобувача. Вибір загального напрямку досліджень і означення задач на концептуальному рівні відбувалися в тісному співробітництві здобувача з д. ф. -м. н., проф. Бажиним А. І.

У статті 1 (див. список опублікованих здобувачем праць за темою дисертації) експериментальна частина роботи була виконана к. ф. -м. н. Запорожченко В. І. і к. ф. -м. н. Войтусиком С. С. (ВНИЦ изучения свойств поверхности и вакуума, Москва). Ідея використання дифузійних моделей для опису ІП була сформульована д. ф. -м. н. Тепловим С. В. незалежно від інших фахівців (ДонНУ, Донецьк). Здобувач приймав участь у постановці теоретичної частини задачі, розробці моделі ІП, обговореннях результатів і висновків, виконував розрахунки.

У статтях 2 і 3 ідея використання графічних можливостей алгоритмічної мови Тurbo BASIC для візуалізації каскадів зіткнень належить к. ф. -м. н., доценту В. П. Пінчуку (ЗНТУ, Запоріжжя). Ідея побудови двоетапних моделей ІП і РПД з МД моделюванням функцій атомних переміщень в каскадах тут і в наступних роботах 4-8, 11, 12, 14, 15, 21, 22, 24 була запропонована здобувачем. Постановка задачі, розробка програмного забезпечення і розрахунки виконувалися здобувачем. Співавторами обговорювалися чисельні методи, модельні результати і висновки.

У статті 5 оцінки середньоквадратичних зміщень атомів згідно теорії термічних піків Ліконена-Копонена-Хаутали (Likonen-Koponen-Hautala) були виконані проф. Б. В. Кінгом (B. V. King)  (університет Ньюкасла, Австралія).

У статтях 5, 6, 8 – 10, 12, 13, 16 – 24 здобувача у співавторстві з проф. Г. Бетцем (Віденський технічний університет, Австрія (G. Betz)) програмна інтерпретація списку сусідніх атомів (neighbour list), методика виготовлення модельного кристала з ненульовою температурою, концептуальні принципи МД моделювання каскадів зіткнень з багаточастинковими потенціалами були розроблені і сформульовані Г. Бетцем. Розв’язання рівнянь руху, вибір алгоритму ідентифікації дефектів, розробка блоків регістрації переміщень атомів, обчислення сил і енергії кристала, а також написання МД програм, виконувалися здобувачем. Деталізація рівнянь ІП і РПД та програми їх розв’язання розроблені здобувачем. Здобувач формулював задачі, приймав участь у обговореннях моделей, результатів і висновків, виконував розрахунки.

У статтях 4, 7, 11, 14, 15 постановка проблем, виконання необхідних розрахунків та формулювання висновків належать здобувачеві. У роботі 14 проф. Г. Бетц приймав участь у обговорюванні МД алгоритму, де використовувався список сусідніх атомів, що було зазначено у статті.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідалися і обговорювалися на VI Всесоюзному семінарі “Вторичная ионная и ионно-фотонная эмиссия” (Харків, 1991 р.), міжнародній нараді-семінару “Диагностика поверхности ионными пучками-VII” (Запоріжжя, 1992), міжнародних конференціях “Взаимодействие ионов с поверхностью” (Москва, 1991 (X), 1993 (XI), 1995 (XII), 1997 (XIII), 1999 (XIV) р. р.), “Modification of Properties of Surface Layers of Non-Semiconducting Materials Using Particle Beams” (Суми, 1993 (I), 1996 (II) р. р.), Всеросійському симпозіумі “Эмиссионная электроника и термоэмиссия вторичных электронов” (Рязань, 1996 р.), міжнародних конференціях “Atomic collisions with Surface-XVI” (Austria, Linz, 1995 p.), “Computer simulation of Radiation Effects in Solids-IV” (Japan, Okayama, 1998), міжнародному семінарі “Ion Beam Surface Diagnostics” (Ужгород, 1998 р. (VIII), Запоріжжя 2000 р. (IX)).

Публікації. Результати дисертації викладені в 24 статтях, надрукованих у періодичних фахових виданнях України та за кордоном, а також в 15 публікаціях матеріалів та тез наукових конференцій і семінарів.

Структура