Počítačové simulace atomárních srážkových kaskád v pevných látkách

Ing. Pavel KUBA

Disertační práce

Computer Simulations of Atomic Collision Cascades in Solids

Anotace:

Obecným tématem práce je přispět k porozumění fyzice srážkových kaskád v pevných látkách prostřednictvím metod molekulární dynamiky. Tento cíl byl rozdělen do několika mezistupňů: (i) navrhnout, vyvinout a implementovat aplikaci pro simulace atomárních kolizních kaskád, (ii) zvládnout různé způsoby 3D zobrazování získaných výsledků, (iii) použít počítačové simulace na odprašování technologicky významných materiálů, (iv) porovnat výsledky simulace (odprašovací výtěžek, úhlová a energetická rozdělení odprašovaných atomů) s experimentálními daty. Pokusili jsme se přispět ke kontroverzní diskusi o principech ionizačních mechanismů při odprašování pevných látek pomocí MD simulace v kombinaci s analytickými modely pro výpočet ionizační pravděpodobnosti testováním předpovědí těchto ionizačních teorií pro systém Ar-Cu. Druhé téma souvisí s výskytem mikroskopických bublin vzácných plynů v podpovrchové oblasti pevných látek a má praktický význam pro lokální změny materiálových vlastností. Z toho důvodu jsme se zaměřili na chování nanobublin pod povrchem Cu (100) naplněných Ar, jejich prasknutí po dopadu energetické částice a emise atomů Ar, dimerů Ar2 a větších klastrů Arn.

Abstract:

A general topic of the thesis is to contribute to the progress in the physics of collision cascades in solids by using the molecular dynamics simulations. That goal was divided to several intermediate steps: (i) to design, develop and implement a method for molecular dynamics simulation of atomic collision cascades, (ii) to manage various methods of rendering 3D images of obtained MD results, (iii) to apply the computer simulation of sputtering to technologically important materials, (iv) to compare the simulation results (sputtering yield, angular and energy distribution of sputtered atom energy) with experimental data. We have attempted to contribute to the controversial debate about the principles of ionization mechanisms in sputtering of solids by using molecular dynamics simulation of sputtering of pure metals in combination with analytical models of ionization probability and so we tested predictions of these ionization theories for the Ar-Cu system. The second topic is related to the occurrence of microscopic noble gas bubbles in the subsurface region of solids, which is of practical interest for the local modification of material properties. Therefore we focused on a molecular dynamics simulations of the rupture of a subsurface Ar bubble in Cu(100) and the ejection of Ar atoms, Ar2 dimers and larger clusters Arn. The rupture was initiated by the Ar atom impact.

Klíčová slova

počítačové modelování, molekulární dynamika, odprašování, ionizace, nanobubliny

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 28. 1. 2015

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: RNDr. Jan Lörinčík, CSc.

UNIVERZITA JANA EVANGELISTY PURKYNĚ V ÚSTÍ NAD LABEM

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Fyzika / Počítačové metody ve vědě a technice