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

Моделирование послойного роста фрактальных металлических пленок Pt-Rh

Д.В. Иванов1, В.А. Анофриев1, В.А. Кошелев1,2, А.С. Антонов1,3, С.А. Васильев1, Н.Ю. Сдобняков1

1 ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
2 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет ИТМО»
3 ФГБОУ ВО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия»

DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.682

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 платины на поверхности родия. Установлена возможность формирования фрактальных структур как в островковых пленках платины на поверхности родия, так и в сплошной пленке. Установлены параметры компьютерного эксперимента, определяющие переход от отдельных островковых пленок к сплошной пленке в указанной системе. С использованием различных программных продуктов Gwyddion и Image Analysis, а также собственной разработки FractalSurface проанализирован диапазон изменения фрактальной размерности при различных условиях молекулярно-динамического эксперимента методом подсчета кубов. Полученные значения фрактальной размерности в целом находятся в приемлемом согласии между собой, однако существует ряд исключений, которые обсуждаются более подробно. Сравнительный анализ получаемых результатов позволяет формулировать рекомендации для методики создания, корректировки и прецизионного контроля при «выращивании» структур с заданной морфологией поверхности

Ключевые слова: молекулярно-лучевая эпитаксия, молекулярно-динамическое моделирование, потенциал сильной связи, фрактальная размерность, метод подсчета кубов, платина, родий, программное обеспечение по обработке изображений

  • Иванов Дмитрий Викторович – аспирант кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Анофриев Виталий Александрович – студент 1 магистратуры кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Кошелев Владимир Александрович – научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет», студент 1 курса магистратуры факультета фотоники ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет ИТМО»
  • Антонов Александр Сергеевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет», старший преподаватель ФГБОУ ВО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия»
  • Васильев Сергей Александрович – старший преподаватель кафедры прикладной физики, научный сотрудник Управления научных исследований, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Сдобняков Николай Юрьевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Ссылка на статью:

Иванов, Д.В. Моделирование послойного роста фрактальных металлических пленок Pt-Rh / Д.В. Иванов, В.А. Анофриев, В.А. Кошелев, А.С. Антонов, С.А. Васильев, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2021. — Вып. 13. — С. 682-692. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.682.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Benelmekki M., Erbe A. Chapter 1 - Nanostructured thin films–background, preparation and relation to the technological revolution of the 21st century, Frontiers of Nanoscience, 2019, vol. 14, pp. 1-34. DOI: 10.1016/B978-0-08-102572-7.00001-5.
2. Sdobnyakov N.Yu., Antonov A.S., Ivanov D.V. Morfologicheskie kharakteristiki i fraktal'nyj analiz metallicheskikh plenok na dielektricheskikh poverkhnostyakh: monografiya [Morphological characteristics and fractal analysis of metal films on dielectric substrates: monography]. Tver: Tver State Unibersity Publ., 2019, 168 p. (In Russian).
3. Xu C., De S., Balu A.M., Ojeda M., Luque R. Mechanochemical synthesis of advanced nanomaterials for catalytic applications, Chemical Communications, 2015, vol. 51, issue 31, pp. 6698-6713. DOI: 10.1039/C4CC09876E.
4. Roth N., Zuhlke C., Peng E. et al. Creation of micro/nano surface structures on silver using collinear double femtosecond laser pulses with different pulse separation, Multiscale and Multidisciplinary Modeling, Experiments and Design, 2018, vol. 1, issue 2, pp. 145-153. DOI: 10.1007/s41939-018-0011-2.
5. Shedd G.M., Russel P.E. The scanning tunneling microscope as a tool for nanofabrication, Nanotechnology, 1990, vol. 1, no. 1, pp. 67-80. DOI: 10.1088/0957-4484/1/1/012.
6. Sokolov D.N., Sdobnyakov N.Yu., Kutilin P.S. et al. O modelirovanii termicheskikh effektov pri vzaimodejstvii zonda skaniruyushchego tunnel'nogo mikroskopa s obraztsom [On the simulation of thermal effects in interaction between a probe tip of the scanning tunneling microscope and a sample], Nanotekhnika [Nanotechnology], 2013, no. 2 (34), pp. 78-80. (In Russian).
7. Goswami D.K., Satpati B., Satyam P.V., Dev B.N. Growth of self-assembled nanostructures by molecular beam epitaxy, Current Science, 2003, vol. 84, no. 7, pp. 903-910.
8. Ivanov D.V., Vasilyev S.A., Sdobnyakov N.Yu. et al. Modelirovanie protsessa formirovaniya fraktal'nykh metallicheskikh plenok [Simulation of the fractal metal films formation], Fiziko-khimicheskie aspekty izucheniya klasterov, nanostruktur i nanomaterialov [Physical and chemical aspects of the study of clusters, nanostructures and nanomaterials], 2020, issue 12, pp. 424-437. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.424. (In Russian).
9. Bembel A.G., Samsonov V.M., Pushkar M.Yu., Samsonov M.V. Komp'yuternoe modelirovanie rosta submikronnykh ostrovkovykh plenok s uchetom atomisticheskoj struktury tverdoj poverkhnosti [Computer simulation of the growth of submicron island films taking into account the atomistic structure of the solid surface], Vestnik TvGU, seriya «Fizika» [Herald of Tver State University, series «Physics»], 2009, issue 6, pp. 98-106. (In Russian).
10. DigitalSurf. Available at: www.url: https://www.digitalsurf.com (accessed 15.08.2021).
11. Gwyddion – Free SPM (AFM, SNOM/NSOM, STM, MFM, …) data analysis software. Available at: www.url: http://gwyddion.net (accessed 15.09.2021).
12. Image Analysis P9. Rukovodstvo pol'zovatelya [Image Analysis P9. User guide]. Moscow: NT-MDT SI Publ., 2019, 582 p. (In Russian).
13. Sdobnyakov N.Yu., Anofriev V.A., Koshelev V.A., Antonov A.S., Ivanov D.V. FractalSurface: programma dlya analiza poverkhnosti na nanourovne [FractalSurface: software for surface analysis at nanoscale]. Certificate RF, no. 2021618928, 2021. (In Russian).
14. Sdobnyakov N.Yu., Zykov T.Yu., Bazulev A.N., Antonov A.S. Opredelenie fraktal'noi razmernosti ostrovkovykh plenok zolota na slyude [Determination of the fractal dimension of island films of gold on mica], Vestnik TvGU, seriya «Fizika» [Herald of Tver State University, series «Physics»], 2009, issue 6, pp. 112-119. (In Russian).
15. Antonov A.S., Sdobnyakov N.Yu., Ivanov D.V. et al. Issledovanie fraktal'nykh svojstv nanorazmernykh plenok zolota, serebra i medi: atomno-silovaya i tunnel'naya mikroskopiya [Investigation of fractal properties of nanosized gold, silver and copper films: atomic force and tunnelling microscopy ], Khimicheskaya fizika i mezoskopiya [Chemical Physics and Mesoscopy], 2017, vol. 19, no. 3, pp. 473-486. (In Russian).
16. Ivanov D.V., Antonov A.S., Semenova E.M. et al. Poluchenie nanorazmernykh plenok platiny, obladayushchikh fraktal'nymi svojstvami [Obtaining nanosized platinum films with fractal properties], Fiziko- khimicheskie aspekty izucheniya klasterov, nanostruktur i nanomaterialov [Physical and chemical aspects of the study of clusters, nanostructures and nanomaterials], 2020, issue 12, pp. 73-88. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.073. (In Russian).
17. Ivanov D.V., Antonov A.S., Semenova E.M. et al. Determination of the fractal size of titanium films at different scales, Journal of Physics: Conference Series, 2021, vol. 1758, art. no. 012013, 6 p. DOI: 10.1088/1742-6596/1758/1/012013.
18. Gupta R.P. Lattice relaxation at a metal surface, Physical Review B, 1981, vol. 23, issue 12, pp. 6265-6270. DOI: 10.1103/PhysRevB.23.6265.
19. Cleri F., Rosato V. Tight-binding potentials for transition metals and alloys, Physical Review B, 1993, vol. 48, issue 1, pp. 22-33. DOI: 10.1103/PhysRevB.48.22.
20. Paz Borbón L.O. Computational studies of transition metal nanoalloys. Doctoral Thesis accepted by University of Birmingham, United Kingdom. Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 2011, 155 p. DOI: 10.1007/978-3-642-18012-5.
21. Belko A.V., Nikitin A.V., Strekal' N.D., German A.E. Fractal structure of gold clusters formed under vacuum deposition on dielectric substrates, Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2009, vol. 3, issue 3, pp. 338-342. DOI: 10.1134/S1027451009030021.
22. Ivanov G.S., Brylkin Yu.V. Fraktal'naya geometricheskaya model' mikropoverkhnosti [Fractal geometric microsurface model], Geometriya i grafika [Geometry & Graphics], 2016, vol. 4, no. 1, pp. 4-11. DOI: 10.12737/18053. (In Russian).
23. Brylkin Yu.V., Kusov A.L., Florov A.V. Testirovanie algoritma modelirovaniya rel'efa sherokhovatoj poverkhnosti na osnove teorii fraktalov [Testing a rough surface relief modeling algorithm based on fractal theory], Izvestiya Kabardino-Balkarskogo gosudarstvennogo universiteta [Proceedings of the Kabardino- Balkarian State University], 2014, vol. IV, no. 5, pp. 86-89. (In Russian).
24. Antonov A.S., Mikhailova O.V., Voronova E.A., Sdobnyakov N.Yu. O metodike podgotovki obraztsov dlya izucheniya fraktal'noj razmernosti i elektricheskikh svojstv obraztsov s pomoshch'yu skaniruyushchego tunnel'nogo mikroskopa [On the technique of preparing samples to study fractal dimension and electrical properties of samples using a scanning tunneling microscope], Fiziko-khimicheskie aspekty izucheniya klasterov, nanostruktur i nanomaterialov [Physical and chemical aspects of the study of clusters, nanostructures and nanomaterials], 2014, issue 6, pp. 15-21. (In Russian).
25. Samsonov V.M., Bembel A.G., Pushkar M.Yu. Komp'yuternaya programma dlya molekulyarno- dinamicheskogo modelirovaniya nanoklasterov [Computer program for molecular dynamics simulation of nanoclusters]. Certificate RF, no. 2013610101, 2013. (In Russian).

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒