КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ЧАСТИЦА-ПОВЕРХНОСТЬ ТВЕРДОГО ТЕЛА

В работе с помощью различных методов компьютерного моделирования (приближение парных столкновений, молекулярная динамика, потенциал модели встроенного атома, метод минимизации энергии) исследованы особенности некоторых процессов (ионное рассеяние, распыление, имплантация в условиях каналирования, а также осаждение нанокластеров и рост тонких пленок), сопровождающих взаимодействие частиц с поверхностью твердого тела. Процессы рассеяния и распыления при скользящей ионной бомбардировке поверхностей монокристаллов Si(001), SiC(001), Cu₃Au(001), Ni(100) иCu(100) ионами Ar+ и Ne+ с энергиями 0.5-5 кэВ и их возможное применение для диагностики и модификации поверхности исследованы компьютерным моделированием в приближении парных столкновений. Ионная имплантация при нормальном и скользящем падении на поверхность исследована в приближении парных столкновений. Исследованы профили распределения каналированных при имплантации ионов в зависимости от типа кристаллической решетки, сорта ионов и их энергии. Показано, что каналирование низкоэнергетических ионов сквозь тонкие монокристаллические металлические пленки можно использовать для определения сорта и мест адсорбции легких атомов, адсорбированных на тыльной поверхности пленки. Установлено, что для параксиальной части пучка основной вклад в полные потери энергии вносят неупругие потери. Установлено, что потери энергии ионов, прошедших тонкие кристаллы и профили распределения по глубине зависят от ширины канала и соотношения масс сталкивающихся частиц. Осаждение нанокластеров Ag_nCom на поверхность Ag(100) и рост тонкой пленки исследованы в атомном масштабе методом классической молекулярной динамики. Показано, что метод потенциал модели встроенного атома можно успешно использовать для исследования осаждения нанокластеров Ag_nCo_m на поверхность Ag(100) при энергиях осаждения (0.25 eV – 1.5 эВна/атом). Адсорбция фуллерена C60 на поверхность и края, свободного от дефектов графена, исследована компьютерным моделированием в рамках классической молекулярной динамики. Компьютерная модель одного свободного от дефектов фуллерена построена методом минимизации энергии с использованием потенциала Бреннера второго поколения. Определены энергии связи каждого атома углерода в фуллерене. Установлено, что фуллерен лучше адсорбируется на крае кресла графена и хуже – на его «угловых» атомах.

1. Van Hove M.A. Surf. Sci., 603, 1301-1305 (2009).

2. Begemann, S. H. A. and Boers, A. L. Surf. Sci., 30, 134 (1972).

3. Parilis, E. S., Turaev, N.Yu. and Umarov, F. F. Radiat. Eff., 24, 207 (1975).

4. Mashkova, E. S. and Molchanov,V. A. Medium Energy Ion Reflection from Solids. North- Holland Publ., Amsterdam (1985).

5. Parilis, E. S., Kishinevsky, L. M., Turaev, N. Yu., Baklitzky, B. E., Umarov, F. F., Verleger, V. Kh., Niznaya, S. and Bitensky, I. S. Atomic Collisions on Solid Surfaces. North-Holland Publ., Amsterdam (1993).

6. Smith, D. P. Surf. Sci., 25, 171 (1971).

7. Labanda J. G. C., Barnett S. A.: Sep 1997, J. Electronic Mater.

8. Dzhurakhalov A. A.: 2004, Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res., B216, 202.

9. Umarov F. F., Dzhurakhalov A. A., Teshabaeva N. A.: 1998, Appl. Surf. Sci., 125, 226.

10. Morgan D.V. (Ed.) (1973). In: Channeling Theory. Observation and Applications. Wiley, London.

11. Ziegler J.F., Biersack J.P., and Littmark U. (1983). Stopping and Ranges of Ions in Matters. Pergamon, NewYork.

12. Kumakhov M.A., and Komarov F.F. (1981). Energy loss and Ion Ranges in Solids, Gordon and Breach, NewYork.

13. Stepina N.P. and Kachurin G.A. (1983). Sov. Phys. Semiconductors, 17, 449.

14. Vavilov V.S. (1985). Usp. Fiz. Nauk (1985), 145, 9.

15. Umarov F.F., Rasulov A.M. and Khaidarov A. Kh. Rad.Eff. and Defects in Solids, (2003), Vol.158, p.481.

16. P. Melinon, V. Paillard, V. Dupuis, A. Perez, P. Jensen, A. Hoareau, J.P. Perez, J. Tuaillon, M. Broyer, J.L.Vialle, M.Pellarin, B.Baguenard, J. Lerme; Int. J. Mod. Phys. B139 (1995) 339.

17. M. Hou, Nucl. Instr. and Methods B135 (1998) 501.

18. Dzhurakhalov A.A., Peeters F.M. 2011. Structure and energetics of hydrogen chemisorbed on a single graphene layer to produce graphane //Carbon 49, P. 3258-3266.

19. Grizzi, O., Bu, H. and Rabalais, J.W. (1990). Phys. Rev. B, 41, 4789.

20. Shulga, V. I. (1980). Radiat. Eff., 51, 1.

21. Dzhurakhalov A.A., Umarov, F.F. Nucl. Instr. and Meth. B 161-163 (2000), p.377.

22. Robinson, M. T. and Torrens, I. M. (1974). Phys. Rev., B9, 5008.

23. W.C. Swope, H.C. Andersen, P.H. Berens, K.R. Wilson, J.Chem.Phys., 76 (1982) 637.

24. F. Cleri, V. Rosato, Phys.Rev., B48, 1 (1993) 22.

25. G.J. Ackland, V. Vitek, Phys.Rev., 41, 15 (1990) 10324.

26. S.M. Foiles, M.I. Baskes, M.S. Daw, Phys.Rev., B33, 12 (1986) 7983.

27. R.A. Johnson, Phys. Rev., B41, 14, (1990) 9717.

28. R.A. Johnson, Phys. Rev., B39, 17, (1990) 12554.

29. AIPH

30. Rothery & Reynolds (1939)

31. Laref S., AsaduzzamanA.M., Beck W., Deymier P.A., Runge K., Adamowicz L., Muralidharan K., Chemical Physics Letters, 582, (2013), 115–118.

32. Q. Hou, M. Hou, L. Bardotti, B. Prevel, P. Melinon, A. Perez, Phys. Rev. B62 (2000) 2825.

33. Brenner D.W., ShenderovaO.A., Harrison J.A., Stuart S.J., NiB., Sinnot S.B., J. Phys: Condens. Matter.14, (2002), 783–802.

34. Sanchez J.M., Moran-Lopez J.L. Surf.Sci. Lett. Vol.157 (1985), p.297.

35. Lipovsky R. Phys. Rev. Lett.Vol.49 (1982), p.1575.

36. Houssian L., Bertrand P. Nucl. Instr. and Meth. B 118 (1996), p.467.

37. Houssian L., Bertrand P. Nucl. Instr. and Meth. B 115 (1996), p.161.

38. Dzhurakhalov A.A., Umarov, F.F. Nucl. Instr. and Meth. B 161-163 (2000), p.377.

39. Stensgaard I. Nucl.Instrum. and Meth. B 15, (1986), p.300.

40. Dzhurakhalov A.A., Parilis E.S., Rasulov A.M., Umarov F.F. Poverkhnost, Vol.6, (1990), p.148 (in Russian).

41. Umarov F.F., Rasulov A.M. Applied Surf. Sci., Vol.135 (1998), p.269.

42. Demuth J.E., Jepsen D.W., Marcus P.M. Phys. Rev. Lett., Vol.31 (1973), p.540.

43. Ulbricht H., Moos G., Hertel T., Phys. Rev. Lett. 90(9): (2003), 095501.