Amorf szén rétegek növesztésének modellezése, időfejlődésének molekuladinamikai szimulációja Kugler Sándor, Koháry Krisztián* BME Elméleti Fizika Tsz.

Az előadások a következő témára: "Amorf szén rétegek növesztésének modellezése, időfejlődésének molekuladinamikai szimulációja Kugler Sándor, Koháry Krisztián* BME Elméleti Fizika Tsz."— Előadás másolata:

1 Amorf szén rétegek növesztésének modellezése, időfejlődésének molekuladinamikai szimulációja Kugler Sándor, Koháry Krisztián* BME Elméleti Fizika Tsz *Jelenleg: Department of Materials, University of Oxford BME Elméleti Fizika Tsz. Kugler Sándor

2 Amorf szerkezetek meghatározása
Laboratórium minta kísérleti berendezés kalibrálás mérés adatfeldolgozás Számítógép modell számítógép program tesztelés program futtatás adatfeldolgozás Kugler Sándor

3 Mérés Diffrakció (neutron, elektron, x-ray)
struktúra faktor párkorrelációs függvény. Első ismert diffrakciós mérés amorf(?) szénen: Kugler Sándor

4 Kugler Sándor

5 Kugler Sándor

6 Neutron diffrakció Gaskell, Saeed, Chieux, McKenzie; Phys. Rev. Lett (1991) gyémántrács típusú lokális elrendeződés. Kugler, Shimakawa, Watanabe, Hayashi, László, Bellissent;J. Non-Cryst. Solids (1993) grafitszerű lokális elrendeződés. Kugler Sándor

7 Diffrakció (neutron, elektron, x-ray)
struktúra faktor párkorrelációs függvény. A párkorrelációs (radiális eloszlás) függvény egydimenziós leképezése a háromdimenziós atomi konfigurációnak. Kugler Sándor

8 Számítógépes szimulációk
Monte Carlo típusú szimulációk Molekula Dinamikai szimulációk Tradicionális MC módszer Reverse Monte Carlo módszer Kugler Sándor

9 Tradicionális MC: energia minimum keresése az energia hiperfelületen
Tradicionális MC: energia minimum keresése az energia hiperfelületen. Lokális atomi kölcsönhatás ismerete szükséges. Metropolis algoritmus (J. Chem. Phys. 21, 1087 (1953)) Kugler Sándor

10 Reverse MC: mért S(Q)-tól (g(r)-től) való minimális eltérés keresése
Reverse MC: mért S(Q)-tól (g(r)-től) való minimális eltérés keresése. Diffrakciós mérés szükséges. McGreevy and Pusztai: Molec. Sim (1988) Kugler Sándor

11 Molekula Dinamika módszer
Az MC módszerek esetében nehéz a dinamika nyomon követése, a mozgások, az időfejlődés vizsgálata. Ezt a hiányosságot küszöböli ki a Molekula Dinamika. A jelenlegi számítógép kapacitások lehetővé teszik pl. 100 atom mozgásának pikoszekundumos intervallumban történő nyomon követését. Kugler Sándor

12 Verlet algoritmus Kugler Sándor

13 Korábbi modellek Galli et al (Phys. Rev. Lett (1989)). 54 atom, DFT (ab initio), periodikus határfeltétel, folyadékból gyorshűtéssel. Stephan et al (Phys. Rev.B (1994)). 128 atom, DFT (szemiempirikus), periodikus határfeltétel, gyorshütéssel. Wang et al. (Phys. Rev. Lett (1993)). 216 atom, TB pot. gyorshűtéssel. Kugler Sándor

14 Motiváció Laboratóriumi körülmények között nehéz (nem lehet) a 4. oszlop elemeiből gyorshűtéssel amorf szerkezetet létrehozni. Amorf szerkezeteket létrehozni csak gőzfázisból szubsztrátumra történő leválasztással lehet! Kugler Sándor

15 Kölcsönhatás leírása Klasszikus empirikus potenciál. Kovalens rendszerről lévén szó, minimum 3 test kölcsönhatás szükséges a leírására. Kvantummechanika tárgyalás. DFT LDA, tight-binding potenciálok. Szén esetében mi a Xu et al: J. Phys. C (1992) TB potenciált használtuk. (Fullerén: László I.) Kugler Sándor

16 Paraméter beállítások
MD időlépés: dt = 0.5 fs Szubsztrát atomok száma: 120 Bombázó energia:1-10 eV Bombázás: 125 fs-onként (átlagosan) Szubsztrát hőmérséklet: 100, 300 K Max. bombázó atomszám: 177 Kugler Sándor

17 Kugler Sándor

18 Kugler Sándor

19 Kugler Sándor

20 Kugler Sándor

21 Kugler Sándor

22 Kugler Sándor

23 Kugler Sándor

24 Kugler Sándor

25 Kugler Sándor

26 Kugler Sándor

27 Kugler Sándor

28 Kugler Sándor

29 Kugler Sándor

30 Kugler Sándor

31 Kugler Sándor

32 Kugler Sándor

33 Konklúzió Sikeres módszer az amorf félvezetők szerkezetének számítógépes szimulációjára Memória effektus a nővesztés során Nem Debye típusú a hőmérsékleti relaxáció („stretched exponential”) Kugler Sándor

34 Köszönetnyilvánítás László István (BME Elm. Fiz. Tsz.)
Prof. Koichi Shimakawa (Gifu. Univ., Japán) Prof. Takeshi Aoki (Tokyo Inst. of Polytechnics, ahol a számítógépes szimulációk nagy része készült) Kugler Sándor

35 Az előadáshoz kapcsolódó cikkek:
K. Kohary, S. Kugler: Growth of amorphous semiconductors: tigth-binding molecular dynamics study, J. Non-Cryst. Solids, (2000). K. Kohary and S. Kugler: Growth of amorphous carbon. Low energy Molecular Dynamics simulation of atomic bombardment, Phys. Rev. B (2001) K. Kohary and S. Kugler: Time development during growth and relaxation of a amorphous carbon. Tigth-binding molecular dynamics study, J. Non-Cryst. Solids, (2002). K. Kohary, S. Kugler Z Hajnal, T. Kohler, T. Frauenheim, S. Katai and P. Deak: Atomistic simulation of the bonbardment process during the BEN phase of chemical vapor deposition (CVD) of diamond Diamond and Related Materials (2002) Kugler Sándor