Формування нанорозмірних структур адсорбату в процесах конденсації з газової фази з урахуванням температурних ефектів

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

$^{1}$Інститут прикладної фізики НАН України, вул. Петропавлівська, 58, 40000 Суми, Київ
$^{2}$Інститут монокристалів НАН України, просп. Науки, 60, 61001 Харків, Україна
$^{3}$Сумський державний університет, вул. Римського-Корсакова, 2, 40000 Суми, Україна

Отримано: 20.10.2015. Завантажити: PDF

Вивчається вплив теплопровідности поверхні на процес формування островів адсорбату при конденсації з газової фази в реакційно-дифузійних системах. Враховуються нерівноважні хемічні реакції, відповідальні за формування стійких димерів, та вважається, що температура поверхні може локально змінюватися при перебігу процесів адсорбції/десорбції. Для однорідної системи одержано умови реалізації фазових переходів першого роду типу газ—тверде тіло. В межах лінійної аналізи на стійкість розраховано фазову діяграму, що ілюструє область, де можливі просторові нестійкості. За допомогою числового моделювання показано, що теплопровідність впливає на перехідні процеси формування структур адсорбату. Встановлено, що середній розмір островів адсорбату зростає з часом за степеневим законом, і показник росту збільшується з коефіцієнтом теплопровідности. Встановлено розподіл островів адсорбату за розмірами в стаціонарному режимі та виявлено, що збільшення теплопровідности поверхні приводить до трансформації розподілу від логнормального до Ґауссового. Показано, що середній розмір стаціонарних структур адсорбату характеризується нанометровим масштабом.

Ключові слова: конденсація, наноструктури адсорбату, реакційно-дифузійні системи, температурні ефекти.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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)