Теоретичне дослідження енергетичних і силових характеристик обмежених металевих систем: робота виходу, поверхневий стрес - Автореферат

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук Теоретичне дослідження енергетичних і силових характеристик обмежених металевих систем: робота виходу, поверхневий стресНауковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Погосов Валентин Вальтерович, Запорізький національний технічний університет, завідувач кафедри мікроелектроніки і напівпровідникових приладів. доктор фізико-математичних наук, професор Гіржон Василь Васильович, Запорізький державний університет, завідувач кафедри фізичного матеріалознавства. Дисертацію присвячено установленню залежності енергетичних і силових характеристик низькорозмірних металевих систем від розмірів і форми поверхні, зокрема, дослідженню квантових розмірних ефектів в субатомних металевих структурах. Ключові слова: робота виходу, поверхневий стрес, поверхнева енергія, низькорозмірні металеві системи, квантові розмірні ефекти, модель стабілізованого желе, інфрачервоне поглинання малих металевих частинок. Пооригинальной вычислительной схеме выполнен расчет деформационных зависимостей поверхностной энергии, стресса и работы выхода Al, Ni, Cu, Au и Ti.Поверхневі властивості рідкометалевих або твердих кластерів в острівкових плівках, плазмі з конденсованою дисперсною фазою й інших подібних системах визначають найважливіші особливості процесів випаровування, конденсації, нуклеації, кристалізації, термоавтоелектронної емісії, взаємодії із світловими й електронними пучками, термоядерного синтезу та ін. Логіка розвитку сучасних технологій така, що головні перспективи повязуються з 2D, 1D і 0D структурами, в яких, на відміну від звичайних тривимірних структур, один, два або всі три розміри настільки малі, що виявляються розмірні квантові ефекти. Подібні “квантові точки” разом з тунельними контактами для керування їх властивостями утворюють системи, в яких спостерігається складна картина одночасного прояву розмірних і зарядових квантових ефектів. Для досягнення мети були поставлені задачі: обчислити питому поверхневу енергію і роботу виходу електронів для полікристалів, а також окремих граней кристалів деяких металів в моделі стабілізованого желе методом Кона-Шема і прямим варіаційним методом; провести порівняльний аналіз цих методів; Ним виконані розрахунки поверхневої енергії і роботи виходу електронів для полікристалів і окремих кристалічних граней методом Кона-Шема і прямим варіаційним методом; запропоновані зміни у моделі стабілізованого ізотропного желе, що дозволили врахувати вплив деформації; розраховані деформаційні залежності поверхневої енергії, стресу і роботи виходу і дано пояснення результатів вимірювання КРП для деформованої металевої поверхні; побудовано аналітичну теорію енергетичних характеристик металевої плівки субатомної товщини; проведені розрахунки розмірної залежності характеристик тонкої металевої плівки і металевої нитки; розрахований фактор поглинання інфрачервоного випромінювання малими металевими частинками.У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, сформульована мета дослідження, показано наукову новизну і практичне значення отриманих результатів. Особлива увага приділена питанням, що одержали подальший розвиток в дисертаційній роботі, - деформаційній залежності контактної різниці потенціалів та роботи виходу і властивостям низькорозмірних металевих систем. Розрахунок починався з розвязання системи рівнянь Кон-Шема В цих виразах - електростатичний поткенціал, - обмінно-кореляційний потенціал, - стабілізаційний потенціал, що враховує орієнтацію грані кристалу, - електронна густина, - значення електронної густини в глибині металу при , . В результаті спільного розвязання рівнянь (1)-(4) було отримано профіль електронної густини і потенціал , а також розрахована робота виходу і поверхнева енергія.Розрахунок поверхневих характеристик був виконаний для бічних граней гіпотетичного кристалу, що має форму прямокутного паралелепіпеда, з еквівалентними гранями в недеформованому стані. Розраховане значення поверхневого стресу для Al (111) добре узгоджується з результатами ab initio обчислень і набагато краще “желейних” результатів. На перший погляд, розрахована зміна величини роботи виходу при деформації суперечить експериментам, що установили зростання/зменшення роботи виходу при розтяганні/стисканні зразка. Трактування результатів вимірювань за методом Кельвіна повинно будуватись не на величині роботи виходу, а на аналізу зміни ефективного потенціалу . Вимірювання, виконані методом Кельвіна, демонструють зміну потенціалу поверхні, а зовсім не зміну роботи виходу при деформації.При цьому за основу була прийнята модель стабілізованого ізотопного желе, адаптована потім до включення анізотропної деформації. За оригінальною обчислювальною схемою виконано розрахунок деформаційних залежностей поверхневої енергії, стресу і роботи виходу Al, Ni, Cu, Au і Ti. Результати обчислень показують, що при одноосьовій деформації спостерігається лінійне зростання поверхневої енергії .

2. Основний зміст роботи