表面量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究.pdf

1、表面量子點(diǎn)陣列由于各種納米尺度限域引起的量子效應(yīng)而在現(xiàn)代電子和光電子工業(yè)中呈現(xiàn)巨大的應(yīng)用潛力和發(fā)展前景。由于表面能的作用，其結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性成為該領(lǐng)域共同關(guān)注的重要問題之一。 本文采用三維分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，以面心立方金屬鋁為研究對(duì)象，以表面納米晶柱為模型，基于鋁的EAM型的多體勢(shì)函數(shù)，研究了表面量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性及其失穩(wěn)過程和機(jī)理，包括表面納米晶柱陣列幾何特征和溫度對(duì)其熱穩(wěn)定性的影響。 研究結(jié)果表明，以{111}面為堆

2、垛面、相互垂直的{112}和{110}面為側(cè)面、近正方形為截面的納米晶柱存在一個(gè)臨界截面尺寸dc，晶柱截面尺寸小于dc時(shí)，晶柱發(fā)生坍塌熔化，大于dc時(shí)則不發(fā)生此類變化；模擬試驗(yàn)結(jié)果顯示，dc值隨溫度升高呈線性增大；坍塌熔化后的原子團(tuán)會(huì)立即發(fā)生重結(jié)晶，形成由{111}和{100}面圍成的多面體，這種結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，提高退火溫度和延長時(shí)間直到熔化之前均不能使之發(fā)生變化。處于臨界尺寸的納米晶柱在退火過程中，有可能發(fā)生上述熔化—重結(jié)晶過程，亦有可

3、能通過表面原子擴(kuò)散遷移使表面結(jié)構(gòu)重組，形成同樣由{111}和{100}面圍成的多面體。而大于上述臨界尺寸的納米晶柱，即使只增大一個(gè)原子層，經(jīng)長時(shí)間退火也未觀察到整體表面結(jié)構(gòu)的重組，僅在角、棱處有部分原子發(fā)生結(jié)構(gòu)重組，而且這些原子隨納米晶柱截面尺寸增大進(jìn)一步減少。 模擬結(jié)果還顯示：增加納米晶柱高度不影響其穩(wěn)定性；相鄰納米晶柱表面間距在3.4nm以上時(shí)對(duì)其穩(wěn)定性沒有影響，而在3.4nm以下則降低其穩(wěn)定性。在各種情況下，我們都觀察到，