Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Моделирование процесса формирования фрактальных металлических пленок

Д.В. Иванов1, С.А. Васильев1,2, Н.Ю. Сдобняков1, Е.В. Романовская3, В.А. Анофриев1, В.А. Кошелев1, А.С. Антонов1,4

1 ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
2 ФГБУН «Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН»
3 УО «Белорусский государственный технологический университет»
4 ФГБОУ ВО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия»

DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.424

Оригинальная статья

Аннотация: В данной работе методом молекулярной динамики с использованием потенциала сильной связи проведено моделирование процесса молекулярно-лучевой эпитаксии с целью определения закономерностей при формировании фрактальных металлических пленок на твердой поверхности. В качестве подложки использовалась медь, пленка формировалась из атомов золота. Показана возможность формирования фрактальных структур в островковой пленке золота на поверхности меди. Различными аналитическими методами с использованием программного продукта Gwyddion проанализирован диапазон изменения фрактальной размерности при различных условиях молекулярно-динамического эксперимента.

Ключевые слова: молекулярно-лучевая эпитаксия, молекулярно-динамическое моделирование, потенциал сильной связи, фрактальная размерность, золото, медь

  • Иванов Дмитрий Викторович – аспирант кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Васильев Сергей Александрович – младший научный сотрудник Управления научных исследований ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет», младший научный сотрудник лаборатории высокоэнергетических методов синтеза сверхвысокотемпературных керамических материалов (лаборатория № 16) ФГБУН «Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН»
  • Сдобняков Николай Юрьевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Романовская Елена Владимировна – к.x.н., ассистент кафедры химии, технологии электрохимических производств и материалов электронной техники УО «Белорусский государственный технологический университет»
  • Анофриев Виталий Александрович – студент 4 курса кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Кошелев Владимир Александрович – студент 4 курса кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Антонов Александр Сергеевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет», старший преподаватель ФГБОУ ВО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия»

Ссылка на статью:

Иванов, Д.В. Моделирование процесса формирования фрактальных металлических пленок / Д.В. Иванов, С.А. Васильев, Н.Ю. Сдобняков, Е.В. Романовская, В.А. Анофриев, В.А. Кошелев, А.С. Антонов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — Тверь: Твер. гос. ун-т, 2020. — Вып. 12. — С. 424-437. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.424.

Полный текст: download PDF file

Библиографический список:

1. Брылкин, Ю.В. Фрактальная геометрическая модель микроповерхности / Г.С. Иванов, Ю.В. Брылкин // Геометрия и графика. – 2016. – Т. 4. – № 1. – С. 4-11. DOI: 10.12737/18053.
2. Брылкин, Ю.В. Тестирование алгоритма моделирования рельефа шероховатой поверхности на основе теории фракталов / Ю.В. Брылкин, А.Л. Кусов, А.В. Флоров // Известия Кабардино-Балкарского государственного университета. – 2014. – Т. IV. – № 5. – С. 86-89.
3. Lin, M.Y. Universal diffusion-limited colloid aggregation / M.Y. Lin, H.M. Lindsay, D.A. Weitz, et al. // Journal of Physics: Condensed Matter. – 1990. – V. 2. – № 13. – P. 3093-3113. DOI: 10.1088/0953-8984/2/13/019.
4. Lin, M.Y. Universal reaction-limited colloid aggregation / M.Y. Lin, H.M. Lindsay, D.A. Weitz, et al. // Physical Review A. – 1990. – V. 41. – I. 4. – P. 2005-2020. DOI: 10.1103/PhysRevA.41.2005.
5. Смирнов, Б.М. Физика фрактальных кластеров / Б.М. Смирнов. – М.: Наука, 1991. – 136 с.
6. Гусева, М.Б. Послойный анализ методом вторично-ионной масс-спектрометрии с измерением тока в цепи образца/ М.Б. Гусева, В.Г. Бабаев, В.В. Хвостов // Поверхность. рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования.. – 2007. – № 12. – С. 30-43.
7. Barabásy, A.L. Fractal concepts in surface growth / A.L. Barabásy, H.E. Stanley. – Cambridge: Cambridge University Press, 1995. – XX, 366 p.
8. Ашуров, Х.Б. Моделирование роста фрактального кластера на подложке при ионном облучении / Х.Б. Ашуров, С.Е. Максимов, Б.Л. Оксенгендлер, О.Е. Сидоренко, М.Б. Гусева // Поверхность. рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2011. – № 6. – С. 89-92.
9. Бембель, А.Г. Молекулярно-динамическое моделирование эпитаксиального роста наноразмерных гетероструктур свинца на никеле / А.Г. Бембель, С.А. Васильев, В.М. Самсонов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2012. – Вып. 4. – С. 10-18.
10. Соколов, Д.Н. О моделировании термических эффектов при взаимодействии зонда сканирующего туннельного микроскопа с образцом / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, П.С. Кутилин, Н.В. Новожилов, О.В. Михайлова, А.С. Антонов // Нанотехника. – 2013. – № 2 (34). – С. 78-80.
11. Колосов, А.Ю. Моделирование процесса коалесценции наночастиц золота методом Монте-Карло / А.Ю. Колосов, Н.Ю. Сдобняков, П.В. Комаров, Д.Н. Соколов, Т.Ю. Зыков, В.А. Хашин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. − 2012. − Вып. 4. − С. 129-142.
12. Свидетельство № 2013610101 Российская Федерация. Компьютерная программа для молекулярно-динамического моделирования нанокластеров: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ / В.М. Самсонов, А.Г. Бембель, М.Ю. Пушкарь; заявитель и правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тверской государственный университет». – № 2013610101; заявл. 08.11.2012; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 09.01.2013. – 1 с.
13. Бембель, А.Г. Молекулярно-динамическое моделирование структурных и фазовых превращений в свободных нанокластерах и наночастицах на поверхности твердого тела: дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.07: защищена 2.03.2012 / Бембель Алексей Глебович. – Тверь: ТвГУ, 2012. – 173 с.
14. Cleri, F. Tight-binding potentials for transition metals and alloys / F. Cleri, V. Rosato // Physical Review B. − 1993. − V. 48. – I. 1. − P. 22-33. DOI: 10.1103/PhysRevB.48.22.
15. Berendsen, H.J.C. Molecular dynamics with coupling to an external bath / H.J.C. Berendsen, J.P.M. Postma, W.F. van Gunsteren, A. DiNola, J.R. Haak // The Journal of Chemical Physics. – 1984. – V. 81. – I. 8. – P. 3684-3690. DOI: 10.1063/1.448118.
16. Сдобняков, Н.Ю. Морфологические характеристики и фрактальный анализ металлических пленок на диэлектрических поверхностях: монография / Н.Ю. Сдобняков, А.С. Антонов, Д.В. Иванов. – Тверь: Тверской государственный университет, 2019. – 168 с.
17. Антонов, А.С. Исследование фрактальных свойств наноразмерных пленок золота, серебра и меди: атомно-силовая и туннельная микроскопия / А.С. Антонов, Н.Ю. Сдобняков, Д.В. Иванов и др. // Химическая физика и мезоскопия. – 2017. – Т. 19. – № 3. – С. 473-486.
18. Антонов, А.С. Исследование морфологии рельефа пленок меди на поверхности слюды / А.С. Антонов, Н.Ю. Сдобняков, Д.В. Иванов, К.Б. Подболотов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2017. – Вып. 9. – С. 19-26. DOI: 10.26456/pcascnn/2017.9.019.
19. Сдобняков, Н.Ю. Определение фрактальной размерности островковых пленок золота на слюде / Н.Ю. Сдобняков, Т.Ю. Зыков, А.Н. Базулев, А.С. Антонов // Вестник ТвГУ, серия «Физика». – 2009. – № 41. – Вып. 6. – С. 112-119.
20. Белко, А.В. Фрактальная структура кластеров золота, образованных при осаждении в вакууме на диэлектрические подложки / А.В. Белко, А.В. Никитин, Н.Д. Стрекаль, А.Е. Герман // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2009. – № 5. – С. 11-15.
21. Gwyddion – Free SPM (AFM, SNOM/NSOM, STM, MFM, …) data analysis software. – Режим доступа: www.url: http://gwyddion.net. – 15.10.2020.
22. Douketis, C. Rough silver films studied by surface enhanced Raman spectroscopy and low temperature scanning tunnelling microscopy / C. Douketis, T.L. Haslett, Z. Wang, M. Moskovits, S. Iannotta // Progress in Surface Science. – 1995. – V. 50. – I. 1-4. – P. 187-195. DOI: 10.1016/0079-6816(95)00053-4
23. Zahn, W. The dependence of fractal dimension on measuring conditions of scanning probe microscopy / W. Zahn, A. Zösch // Fresenius' Journal of Analytical Chemistry. – 1995. – V. 365. – I. 1-3. – P. 168-172. DOI: 10.1007/s002160051466.
24. Van Put, A. Quantitative characterization of individual particle surfaces by fractal analysis of scanning electron microscope images / A. Van Put, A. Vertes, D. Wegrzynek, B. Treiger, R. Van Grieken // Fresenius' Journal of Analytical Chemistry. – 1994. – V. 350. – I. 7-9. – P. 440-447. DOI: 10.1007/BF00321787.
25. Mannelquist, A. Influence of tip geometry on fractal analysis of atomic force microscopy images / A. Mannelquist, N. Almquist, S. Fredriksson // Applied Physics A. – 1998. – V. 66. – Supplement I. 1. – P. S891-S895. DOI: 10.1007/s003390051262.
26. Иванов, Д.В. Фрактальные свойства наноразмерных пленок никеля и хрома / Д.В. Иванов, А.С. Антонов, Сдобняков Н.Ю. и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 138-152. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.138.
27. Zahn, W. Characterization of thin-film surfaces by fractal geometry / W. Zahn, A. Zösch // Fresenius' Journal of Analytical Chemistry. – 1997. – V. 358. – I. 1-2. – P. 119-121. DOI: 10.1007/s002160050360.
28. Бембель, А.Г. Смачивание в твердом состоянии и динамика нанорельефа твердой поверхности / А.Г. Бембель, И.В. Талызин, В.М. Самсонов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2018. – Вып. 10. – С. 83-92. DOI: 10.26456/pcascnn/2018.10.083.