Формирование наноразмерных структур адсорбата в процессах конденсации из газовой фазы с учётом температурных эффектов

В. О. Харченко$^{1}$, В. В. Яновский$^{2}$, А. В. Дворниченко$^{3}$

$^{1}$Институт прикладной физики НАН Украины, ул. Петропавловская, 58, 40000 Сумы, Украина
$^{2}$Институт монокристаллов НАН Украины, просп. Науки, 60, 61001 Харьков, Украина
$^{3}$Сумский государственный университет, ул. Римского-Корсакова, 2, 40000 Сумы, Украина

Получена: 20.10.2015. Скачать: PDF

Изучается влияние теплопроводности поверхности на процесс формирования островов адсорбата при конденсации из газовой фазы в реакционно-диффузионных системах. Учитываются неравновесные химические реакции, отвечающие за формирование устойчивых димеров, и считается, что температура поверхности может локально изменяться при протекании процессов адсорбции/десорбции. Для однородной системы получены условия реализации фазовых переходов первого рода типа газ—твёрдое тело. В рамках линейного анализа на устойчивость получена фазовая диаграмма, иллюстрирующая область, где возможны пространственные неустойчивости. При помощи численного моделирования показано, что теплопроводность влияет на переходные процессы формирования структур адсорбата. Установлено, что средний размер островов адсорбата растёт со временем по степенному закону, и показатель роста увеличивается с коэффициентом теплопроводности. Установлено распределение островов адсорбата по размерам в стационарном режиме и показано, что увеличение теплопроводности поверхности приводит к трансформации распределения от логнормального к гауссовскому. Показано, что средний размер стационарных структур адсорбата характеризуется нанометровым масштабом.

Ключевые слова: конденсация, наноструктуры адсорбата, реакционно-диффузионные системы, температурные эффекты.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v38/i02/0205.html

PACS: 05.40.-a, 65.80.-g, 68.43.-h, 81.16.Rf, 82.40.Ck, 82.40.Np, 89.75.Kd


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. E. Hirota, H. Sakakima, and K. Inomata, Giant Magneto-Resistance Devices (Berlin–Heidelberg–New York–Barcelona–Hong Kong–London–Milan–Paris–Tokyo: Springer: 2002) Crossref
  2. R. J. Warburton, C. Schaflein, D. Haft et al., Nature, 405: 926 (2000) Crossref
  3. A. Shah, P. Torres, R. Tscharner et al., Science, 285: 692 (1999) Crossref
  4. Li-Dong Zhao, Shih-Han Lo, Yongsheng Zhang et al., Nature, 508: 373 (2014) Crossref
  5. K. Pohl, M. C. Bartelt, J. de la Figuera et al., Nature, 397: 238 (1999) Crossref
  6. Y. W. Mo, B. S. Swartzentruber, R. Kariotis et al., Phys. Rev. Lett., 63: 2393 (1989) Crossref
  7. G. E. Cirlin, V. A. Egorov, L. V. Sokolov, and P. Werner, Semiconductors, 36, No. 11: 1294 (2002) Crossref
  8. J. P. Bucher, E. Hahn, P. Fernandez et al., Europhys. Lett., 27: 473 (1994) Crossref
  9. F. Besenbacher, L. Pleth Nielsen, and P. T. Sprunger, The Chemical Physics of Solid Surfaces (Eds. D. A. King and D. P. Woodruff) (Heidelberg: Elsevier: 1997), vol. 8, p. 207 Crossref
  10. H. N. G. Wadley, X. Zhou, R. A. Johnson et al., Progress in Materials Science, 46: 329 (2001) Crossref
  11. K. S. Sree Harsha, Principles of Physical Vapour Deposition of Thin Films (Amsterdam–Boston–London: Elesevier: 2006)
  12. G. Perotto, V. Bello, T. Cesca et al., Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B, 268: 3211 (2010) Crossref
  13. H. Bernas, Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B, 268: 3171 (2010) Crossref
  14. R. M. Bradley and J. M. E. Harper, J. Vac. Sci. Technol. A, 6, No.4: 2390 (1988) Crossref
  15. P. Karmakar, Nanofabrication by Ion-Beam Sputtering: Fundamentals and Applications (Eds. T. Som and D. Kanjilal) (Boca Raton, FL: Taylor & Francis Group, LLC: 2013)
  16. J. Lian, W. Zhou, Q. M. Wei et al., Appl. Phys. Lett., 88: 093112 (2006) Crossref
  17. D. O. Kharchenko, V. O. Kharchenko, I. O. Lysenko et al., Phys. Rev. E, 82: 061108 (2010) Crossref
  18. V. O. Kharchenko and D. O. Kharchenko, Cond. Mat. Phys., 14, No. 2: 23602 (2011) Crossref
  19. V. O. Kharchenko, D. O. Kharchenko, and I. O. Lysenko, Nanotechnology: Synthesis and Characterization (Ed. J. N. Govil) (Houston: Studium Press LLC: 2013), vol. 2, p.367
  20. Yu. Yoshida, N. Sakaguchi, S. Watanabe, and T. Kato, Appl. Phys. Express, 4, No. 5: 055202 (2011) Crossref
  21. S. M. Huang, M. H. Hong, Y. F. Lu et al., J. Appl. Phys., 91, No. 5: 3268 (2002) Crossref
  22. Y. Lu and S. C. Chen, Nanotechnology, 14: 505 (2003) Crossref
  23. J. A. Venables, G. D. T. Spiller, and M. Hanbucken, Rep. Prog. Phys., 47: 399 (1984) Crossref
  24. A. Pimpinelli and J. Villian, Phys. Cryst. Growth (Cambridge: Cambridge University Press: 1998) Crossref
  25. R. E. Caflisch, Proc. of the International Congress of Mathematicians (Madrid, 2006), p. 1419
  26. D. O. Kharchenko, V. O. Kharchenko, and I. O. Lysenko, Phys. Scr., 83: 045802 (2011) Crossref
  27. D. O. Kharchenko, V. O. Kharchenko, T. I. Zhylenko et al., Eur. Phys. J. B, 86: 175 (2013) Crossref
  28. D. O. Kharchenko, V. O. Kharchenko, and S. V. Kokhan, Cond. Mat. Phys., 17: 33004 (2014) Crossref
  29. V. O. Kharchenko, D. O. Kharchenko, and A. V. Dvornichenko, Eur. Phys. J. B, 88: 3 (2015) Crossref
  30. K. Binder and P. Haasen, Material Science and Technology: Phase Transformations in Materials (Weinham: Wiley-VCH: 1990), vol. 5, p. 405
  31. Q. Tran-Cong and A. Harada, Phys. Rev. Lett., 76: 1162 (1996) Crossref
  32. A. Mikhailov and G. Ertl, Chem. Phys. Lett., 238: 104 (1994) Crossref
  33. M. Hildebrand and A. S. Mikhailov, J. Phys. Chem., 100: 19089 (1996) Crossref
  34. D. Batogkh, M. Hildebrant, F. Krischer, and A. Mikhailov, Phys. Rep., 288: 435 (1997) Crossref
  35. M. Hildebrand, A. S. Mikhailov, and G. Ertl, Phys. Rev. Lett., 81, No. 4: 2602 (1998) Crossref
  36. M. Hildebrand, A. S.Mikhailov, and G. Ertl, Phys. Rev. E, 58, No. 11: 5483 (1998) Crossref
  37. H. Brune, Surf. Sci. Reports, 31: 121 (1998) Crossref
  38. R. E. Caflisch, M. F. Gyure et al., Phys. Rev. E, 59: 6879 (1999) Crossref
  39. V. O. Kharchenko, D. O. Kharchenko, S. V. Kokhan et al., Phys. Scr., 86: 055401 (2012) Crossref
  40. V. O. Kharchenko and D. O. Kharchenko, Phys. Rev. E, 86: 041143 (2012) Crossref
  41. I. Santamaria-Holek, A. Gadomski, and J. M. Rubi, J. Phys. Condens. Matter, 23: 235101 (2011) Crossref
  42. S. E. Mangioni and H. S. Wio, Phys. Rev. E, 71: 056203 (2005) Crossref
  43. S. E. Mangioni, Physica A, 389: 1799 (2010) Crossref
  44. S. B. Casal, H. S. Wio, and S. Mangioni, Physica A, 311: 443 (2002) Crossref
  45. V. O. Kharchenko, D. O. Kharchenko, and A. V. Dvornichenko, Surf. Sci., 630: 158 (2014) Crossref
  46. J. Swift and P. C. Hohenberg, Phys. Rev. A, 15: 319 (1977) Crossref
  47. V. I. Arnold, Ordinary Differential Equations (Cambridge: MIT Press: 1973)