纳米晶柱热稳定性研究

第44卷 2008年1月 第1期 第34—38页 仓扁学玫 ACTAMETALLURGICASINICA V61．44 Jan．2008 NO．1 PP．34—38 纳米晶柱热稳定性研究 周浪 周耐根 宋照东 (南昌大学材料科学与工程学院，南昌330031) 摘要 以纳米晶柱作为表面量子点的模型，以不同截面尺寸的Al纳米晶柱为例，对其在不同温度下的弛豫过程进行了一系列分 子动力学模拟，采用了Ercolessi等建立的原子镶嵌势计算原子间的相互作用力．结果表明；对于沿相互垂直的{1101和{211} 面切割形成的近正方形截面晶柱。其截面厚度存在一热稳定性转变临界值．小于该值时纳米晶柱迅速失稳，发生熔融一重结晶的过 程；大于该值时只发生缓慢的表面原子迁移重组．两种情况下形成的稳定结构均为由{111}和{100}面组成的正多面体纳米岛， 只是两种面的相对面积比有所不同；该临界尺寸随温度升高而呈近线性增大．模拟结果还显示，纳米晶柱的高度对其稳定性没有明 显影响． 关键词 纳米晶柱，量子点，热稳定性，分子动力学 中图法分类号0485，0731文献标识码 A 文章编号0412-1961(2008)01—0034—05 ASTUDYoNTHERMALSTABILITYoFNANoCRYS． TALLINEPILLARS ZHOULang．ZHOUNaigen．SONGZhaodong SchoolofMaterialsScienceandEngineering，NanchangUniversity,Nanchang330031 Correspondent：ZHOULang，professor,TeZ二佃791)3969552，口mail：fzhou@佗cu．edu．cn SupportedbyNationalNaturalScienceFoundationp厂China{No．10502024J Manuscriptreceived2007-04-25．inrevisedform2007卸8-20 ABSTRACTUsing ． 1 ，,nanocrystalline pillarsasmodelsofsurfacequantumdotsandA nanocrystallinepillar asexampletherelaxationprocessesofthepillarswithdifierentsizesatdifferenttemperatures havebeensimulatedbymoleculardynamics．AnEAMpotentialdevelopedbyErcolessiWasusedto calculatetheinter-atomicforces．Theresultsshowthat．fornanocrvstaUinepillarswithnear-square crosssectionandwithf110，and{211，planesassidesurfaces，thereexistsacriticalsizeforstability transition．Thenano-pillarswiththicknesslowerthanthecriticalsizemeltedquicklyandthenrecrys— tallized．whilethosewiththicknesslargerthanthecriticalsizewillbeslowlyreconstructedbysurface migrationofatoms．Thereconstructedstablestructures，througheitherthemelt—recrystallizationor surfacemigration，arepolyhedronsconsistingof{111}and{100}surfaceswithdifferentratiosofthe areas．Thecriticalsizeincreaseslinearlywithraisingtemperature．Thesimulationsalsoshowthatthe stabilityofthenanocrystallinepillarsisinsensitivetotheirheight． KEYWoRDSnanocrystallinepillar．quantumdot，thermalstability,moleculardynamics 由于量子限域效应，三维尺寸均在纳米量级的纳米颗 粒被称为量子点．近年来，量子点以其独特的光学、电学 等性质已引起人们越来越多的关注，被认为是新型的人造 材料． Stranski-Krastanov薄膜生长模式【1J和应变自 组装量子点制备技术【2J的发展使得量子点可以通过表面 生长制备而得到更有效地应用．它们不仅可以提高许多半 导体器件的性能，并可望创造出一些新的量子器件． 4国家自然科学基金资助项目10502024 收到初稿日期：2007--04-25，收到修改稿日期：2007-08-20 作者简介：周浪，男，1962年生，教授，博士 由于极高的比表面积，纳米尺度材料存在着热稳定性 问，例如纳米晶体的熔点较其体材显著降低【3，41．对一 些以器件应用为目标的量子点而言，热稳定性问题尤为重 要．例如，生长量子点激光器结构时，在量子点上沉积隔离 层、波导、接触层过程中的温度通常都比量子点的生长温 度高；此外，在量子点激光器的制备过程中常采用热处理 工艺来激活覆盖层的掺杂剂；Jin-Phillipp等【5j发现， 尽管采用了快速退火，仍难避免量子点与其周围层区发生 互溶并改变形态；Leon等【6l发现，退火可以使量子点 的光致发光(PL)峰发生蓝移并使峰半高宽明显变窄．他 们认为，PL峰的蓝移是由于界面间的热扩散造成，而峰 半高宽的变窄是由于退火中量子点尺寸的均匀化．这些实 万方数据 第1期 周浪等：纳米晶柱热稳定性研究 35 验结果揭示出纳米量子点结构热稳定性及其对器件性能 影响问题的存在．然而，由于制备上对于尺寸和形状控制 的困难和上分辨能力的限制，目前对表面纳米量子点 的结构稳定性及其失稳规律和失稳机制尚知之甚少． 分子动力学模拟为研究纳米结构的热稳定性问 题提供了一种强有力的工具，它已被成功地应用于纳米粒 子的热稳定性【。7j、纳米粒子的聚合IsJ、纳米棒的力学性 能【9J以及纳米量子点中的应力分布【10J等研究．本工作 采用分子动力学模拟方法，以纳米晶柱阵列为模型，对表 面量子点结构的热稳定性进行了研究及分析． 1模型与方法 运用四阶Predict—Correct算法求解体系运动方 程，时间步长为10_15s．以面心立方金属Al为研究 对象(因其具备了较成熟的原子镶嵌法(EAM)势函数， 而各种半导体尚缺乏可靠的势函数)．本文采用Ercolessi 等【11J建立的原子镶嵌法(EAM)势函数．它拟合了Al 原子的品格常数、结合能、表面能和弹性模量，已成功地 运用于纳米多晶结构[1引，缺陷结构【13】及团簇扩散【14】 等研究中． 纳米晶柱模型设置如图1所示．纳米晶柱立于密排面 上，为沿相互垂直的{220}和{211}面切割完整晶体形 成的近正方形截面晶柱．虽然由自发生长形成的量子点或 纳米晶柱未必形成这样的外形并以这样的晶面为表面，但 是从微纳电子工艺的不断发展来看，微刻蚀的尺度已经开 始进入纳米量级【15J，这种“切割”将会有一定的物理背 景．体系中底座最底部4层原子固定于其平衡位置，即 为固定层；底座其余5层原子的运动在Newton力学计 算模拟的基础上增加了Nos6-Hoover恒温算法【16J的约 束以保持恒温，为恒温层．纳米柱中的原子则依Newton 力学自由运动，不施加额外约束．晶柱截面的厚与宽只能 是{220}或{211}面间距的整数倍，本文以其厚度(短 图1模拟计算胞示意图 Fig．1Anillustrationofsimulationcell，theshortsidelength ofthepillaratthetopisdefined硝charactersize 边边长)作为纳米晶柱截面特征尺寸，在纳米尺度上对体 系边缘的衡量如下：以直径为最小原子间距的刚球代 表体系中各原子，以同表面原子刚球相切的平面作为体系 的边缘来衡量尺寸．对不同温度下的模拟，设置中分别采 用相应温度下的点阵常数．模拟中在。和可轴方向运用 周期边界条件，这使得体系相当于一个无穷大的二维纳米 晶柱阵列结构． 采用准分子静力学方法分析退火过程中不同时刻体 系的结构和能量，即将各时刻不同组态的体系淬冷至接近 0K，再考察该体系的结构和能量，以消除原子热运动对 体系结构和能量造成的波动． 2结果与讨论 图2显示模拟得到的初始特征尺寸为1．140和1．980 nm的晶柱分别在500和700K下弛豫时平均每个原子 的能量变化．图3，4则分别给出这2个纳米晶柱在上述 弛豫过程中不同阶段的结构．从图3可以看到，1．140nm 的晶柱极不稳定，在10ps时刻结构已经完全解体，原子 排列变成类似熔融态的完全无规结构，而体系能量亦明显 降低(图2)；这些原子随后又发生重结晶，使体系能量进 一步降低．进一步的系统模拟显示， 500K下，特征尺 寸小于1．425nm的纳米晶柱都发生这种熔融一重结晶 方式的结构演变． 从图2和图4亦可看到，横截面较大的纳米晶柱在 弛豫过程中能量与结构形态的变化表现出完全不同的方 式。即使在更高的温度下，特征尺寸为1．980nm的纳 米晶柱在整个弛豫中均未发生结构的整体失稳，只通过表 图2两种特征尺寸的纳米晶柱分别在500和700K下弛豫 时体系的能量随时间的变化(右下小图为1．140nm晶 柱能量曲线在弛豫初期的展宽) Fig．2Energychangesofnanocrystallinepillarswithtwo charactersizesduringrelaxationat500Kand700 K，respectively(Verticalcoordinaterepresentsthe ratiooftheenergychangetothenumberofatoms inthepillar)，theinsetisthelocalmagnification ofL140nmpillar 万方数据 36 金属学报 第44卷 (a) (b) q‘oO●■‘o●000‘●o●o‘■‘■o‘■o●uov‘U●oo‘o‘■‘o‘o■●o●u●u‘v‘●_‘v●‘‘oo●o●Cpo●oq●o●■ooo‘u●u●o●●u■a00q●uoe‘p0●VOo■‘●‘00ⅢⅢ‘o‘o‘●oo■oq‘oooou‘u‘o‘o‘●‘●‘I●■‘‘●‘o●■●uo‘∞●uo■o‘u‘u●uoooo‘ ‘0000●o●qooo‘o●D00●‘■90‘oo‘‘‘o‘oDoL●ooc●oo■o■口ooⅢooo‘p‘●‘⋯o‘‘●‘o●o●ooo‘●～●oooo～o‘ oB00000■‘p00‘口0000口‘0口t#oo●‘‘●0●ouoooo‘o000～D●‘●‘‘oo～‘■‘■u‘㈨‘●u●‘‘o●口●o‘o‘oo●o‘‘u●●‘ o●oooo‘00‘00‘口o●qouo■口‘00●o●‘●‘‘oo‘u々u‘o‘oco‘o●o●0‘oo‘u‘oou‘●u●o‘oo●u●-■u⋯●o‘u●q00p‘ qpo●u●■voo口o‘●‘o‘o‘‘●●●‘‘o‘■oQ●040■o■000口o‘々00●■●U●0v●D0口0●‘qo●Ⅲooo●ooo●‘oO‘‘o●‘0‘o‘㈨⋯qoⅢ⋯000u●●o‘～o‘口●o‘u‘‘oo■●uomo●oo●o●oCOC●q‘‘‘o‘Po●9●oooo‘u‘●o‘‘●o‘u●oco■口0o‘■uoooptooo‘‘o●D●0000t0‘o●‘●o口●oⅢ‰oⅢ‘o⋯Lp‘c‘0●●oo‘0‘o●■■o‘oqup‘p‘‘o‘o‘oo●■o‘‘■●09●■●uou‘o‘●u●u‘⋯uouooq‘■●■‘■o●u●000●oo‘●o‘u●u‘‘■‘o●$●‘009‘oooq●●●⋯90‘●q‘o⋯●u● (c) oo0000-●啪o●u‘■o●■●o0000qOo‘00口00■●q‘‘■‘‘‘‘o0090m‘Ⅲo●oooo‘000‘Ct0040‘0000●oo‘000‘ ●000々o‘■-‘o‘‘oo●oouooo‘LooDCooOooo-‘ooooooo‘‘●●Ⅲ⋯omo㈨u～oⅢ●oo-oo⋯■●■●p●oo-‘●●oo■oop叭o●‘oo‘oL●omuo●00‘o●o■-■‘●■00vo‘●●‘qD●v■o～●⋯‘‘oooooo‘●o●oo‘u●‘o‘‘●oo●D‘‘●●u000●o●呲‘●o‘ou‘㈨■Lou‘oo●oooo‘o●o‘ou●o (d)．：：：!l；：：!；fl；；≈ (e)。：。嫩 (f) 。。：：：i；；：：。。 ●·曲E^“0五^p ·o‘oucooc·‘‘o·“·oo‘‘Ⅲ‘ouL‘ ㈦‘●●o●o●●D●0000‘0‘oC00000●oC000●000‘o●q●‘●-口‘u‘●-0a‘●o●‘00‘00qC‘■0‘0000coo‘㈨oo‘-∞‘●00‘‘90‘●々toaoaco-00‘●q0009‘000000‘opQ●00-- 图3 图2中1．140nm晶柱能量变化不同时刻体系结构的(1-2)投影 Fig．3(1T2)projectionsofthe1．140nmnanocrystallinepillaratdi舵renttimesintheenergyevolutionproce88shawnin Fig．2，amelted—recrystallizedproc∞scanbe8eenduringrel缸ation (a)ops (b)5ps(c)10ps (d)20ps (e)50p8 (f)300ps Ial ∞00600口ooco ’ ’ oo‘000CCOCC000 ～Job口000々c0000c∞ 0∞oCoOoC雌CCOOe睦 eo00000ccoo∞。c)一 o，0006bqoo●∞oo矿 ccoc0000‘oc0000p 々0ccO∞C00口O‘坩伽 00口000口000Goo●o∞ c000eooOooOc∞OC000000000c0000000000000000 a00000000c00000c∞Oo：e々00000000eoeooooooOO o000cOoOaOeOooOcOcoOOC00000000000000000000 00口00eoOooo000000000：CoCooCOOa000口ooOoo000 Ooo000000000eOOc00000000000000000uOoo000ac 00000000000000000000争00009c00000000000口ooo 00000000000：00600·000COo∞ooOq0000。。oo00000 000coOo0000006000000000000000000000000000a 000000000000々oO∞oOC0 (b)：芝：：：：：：饕：：。 ●oouu‘口u0000●o‘●‘ oot000‘oOO●00‘‘■●●● o●0000uo●000pu●‘o‘o 0‘opo●口ou0‘●oooa●●o‘●o～ooo●●oou⋯u‘ ‘o●000■00●u‘oL‘uooo ‘o●●000●0vo口0口o●oo■●●●‘●B呲po‘oo々ac●#0‘00‘o々0000u000‘Co●Ⅲ‘‘op0㈨ouou口‘ooo●‘●0●000‘-uuo000■Qooq●Ⅲo●o口‘‘㈨Ⅲ●o‘o●‘o‘o●‘v●●●o～0‘●uoo●oo●Ⅲ⋯ o●ooou●oooo●o●o‘‘L●‘v●pL々qoo●o●‘o‘u●u‘o口ou o‘ouoo■oo●ooqoooo‘●●o●‘oo‘0■●ovoC‘口‘000u●o●o●Ⅲo●o口‘uouOo～o～●uo●o‘oq●o■oc～o‘o●ouo#ooo ‘otoboo‘poouuoocooo‘o■‘o‘‘o‘oo‘‘o■-00‘‘oouo●o‘●‘●0‘90●o●opou‘o●叭o●■o‘O●uooo‘o‘00●■‘o ‘●‘●日9●oo■●●p■‘‘o‘uo■■p‘o‘o‘●●‘ooo●●0000●o‘ (c) 。：=：=：：：：：：：k ●o㈨00000‘‘oⅦo口 ‘●oo●●occ‘‘●ou■o● ‘qoooooucc‘●●●o●● auu●oou09●‘O‘poo‘‘‘ouooooCCo々o咐●⋯ ■●■‘ooo‘oC‘c‘o‘o‘o●o●■oo‘q‘呲■■‘o‘●‘o‘■o-‘～●0‘‘●●00●oD0000‘o‘o00000U0000aooo●opp⋯oo●‘u‘oopo～‘o●●o●●‘●●ouo～ou川o●ou●oo‘●oo‘oo㈣o●oo●～●o⋯●‘0々‘oq■oouo●uⅢ岫o■ooo卅㈣L●咐‘o‘Ⅲ㈣u‘ooooouoooo‘o■L●o‘‘oqo口cⅢooo“‘㈨⋯ooo㈨■oc●■o‘■oo●oo‘o■‘●oⅢco‘㈣㈨‘Ⅲ‘om‘o呲oOouo●C口●oo●●c0‘o000o‘●■uo●“uo⋯⋯o⋯‘ou‘●～vo●‘o●L∞oo■‘‘oo●‘■‘●㈨mO⋯‘■■o■oo●■uo●㈨●■‘●oo‘●LB●■uo‘ qoo●o‘-oo●●0■●oL‘oo●‘●‘‘●o口‘●‘O●‘●■●00●oo●‘ 图4 图2中1．980nm晶柱能量变化不同时刻体系结构的(1i2)投影 Fig．4(112)projection8ofthe1．980nmnanoc盯8tallinepillaratdi仃erenttim髓intheener醪evolutionproces8shdwnin Fig．2，onlyreconstructionappearedduringrelaxation (a)20ps(b)200ps(c)2000p8 面原子的扩散迁移进行重构，相应的能量变化也是平缓、 均匀的． 初始特征尺寸为1．140nm的晶柱经熔融一重结晶 后所形成的稳定结构及初始特征尺寸为1．980nm的晶柱 经表面原子迁移重组后形成的稳定结构如图5所示．两个 稳定结构相似，都是一种较规则的多面体结构，其上、下 底面为2个平行的{111)面，侧面为3个{111)面和 3个{100)面相间排列组成．这与Pehlke等【17J的计算 预测结果类似．面心立方晶体的{111)和{100)面分别 具有最低和次低的表面能，形成这一形态是体系能量向最 低方向演化的结果．其它模拟中体系形成的最后稳定形态 也都与之类似，只是．【111)和{100)原子面的相对面积 比例不同．这种结构与张金中和王中林等118J提出的若干 可能的fcc纳米晶体结构中的一种完全一致．它十分稳定 (本工作将其逐渐升温至熔点，发现其结构一直保持到熔 化之前)． 500K下纳米晶柱在出现熔融之前保持结构稳定的时 间(稳定寿命)随特征尺寸的变化关系示于图6a(其中与 向上箭头相连的点表示计算时间内晶柱仍保持稳定)．可 以看出，在500K下退火时，当纳米晶柱尺寸小于1．425 nm，晶柱的稳定寿命很短(小于100ps)，且随纳米晶柱 尺寸的增加而缓慢增大；当纳米晶柱尺寸增至1．425nm 或更大时，其稳定寿命突然增大．在本工作计算时间(1000 ps)内未观察到纳米晶柱的结构失稳．显然，纳米晶柱在 这一尺度发生了稳定性的临界转变，它代表了纳米晶柱在 500K下的临界尺寸． 700K下的模拟结果示于图6b 中，亦可看到类似的临界现象，相应的稳定性转变的临界 尺寸为1．810nm． 不同温度下纳米晶柱的失稳临界尺寸如图7所示．可 以看到，纳米晶柱的稳定性转变临界尺寸随温度的升高 o●●o o■●●o ‘‘●o o o●o‘ o■o o口～●o o ‘‘‘～‘●o o‘o‘o●{v‘ o v o o p L o o oo‘‘‘‘o～L‘ o o v p■‘‘o■ o t o o～o■o o 万方数据 第1期 周浪等：纳米晶柱热稳定性研究 37 (a) 图5500K下特征尺寸为1．140nm的纳米晶柱重结晶(300ps)后以及700K下特征尺寸为1．980nm的纳米晶柱表面迁移重 组(2000ps)后形成的稳定结构沿(1Ⅱ)面的俯视图及其晶体学小面结构示意图 Fig．5(1豇)viewsofthestabilizedstructuresof1．140amnanocrystallinepillaraftertherecrystallizationin500Kfor 300ps(a)，1．980nmnanocrystallinepillarafterreconfigurationat700Kfor2000ps(b)andsurfacefacetsofthe structuresareillustrated(c) 图8500和700K下纳米晶柱稳定寿命随特征尺寸的 变化关系示意图 Fig．BSimulatedrelationshipsofstablelivesofthe nanocrystallinepillarsandtheircharactersizes at500K(a)and700K(b)(everycirclerep- resentsaseparateresultmeasuredinsimula- tion，thecircleswithupwardarrowsindicate thepillarstobestableattheendedtimeof simulation) 图7纳米晶柱的稳定性转变临界尺寸与温度的关系 Fig．7Stabilitytransitioncriticalsizeofthenanocrys。 tallinepillar1)8temperature 而接近线性增大。温度升高将会引起原子热振动的位移线 性增大【19J，假定该位移超过纳米结构特征尺寸的一定比 例后就会引起结构失稳，则稳定性转变临界尺寸随温度升 高线性增大的关系即可得到解释——这一假定能否成立 有待于进一步深入的研究． 本工作考察了纳米晶柱的高度对其热稳定性的影 响，图8示出500K下横向尺寸为1．140nm的纳米 晶柱的稳定寿命随晶柱高度变化的关系．可以看到，纳米 晶柱的稳定性对高度不敏感．纳米晶体的稳定性通常应取 决于最薄一维的尺寸(特征尺寸)，已有的关于纳米线和 纳米团簇结构稳定性的研究[20--22】都显示出这种趋势， 图8结果亦与此一致．由于其中所涉及的各个纳米晶柱的 高度均已显著超过其横向尺度，因此这种高度的变化不会 影响其稳定性． 万方数据 金属学报 第44卷 Height．11111 图8500K下特征尺寸为1．140am的纳米晶柱的稳定寿 命随高度的变化曲线 Pig．8Stablelifeofthe1-140nmnanocrystallinepillars ofdifferentheightat500K 3结论 (1)截面为近正方形、以{110}和{211}面为柱面 的金属Al纳米晶柱存在一个稳定性转变I临界尺寸．当柱 厚度(特征尺寸)小于该尺寸时，纳米晶柱在恒温弛豫中 迅速失稳、熔融，随后发生重结晶；当柱厚度(特征尺寸) 大于该尺寸时，只发生表面原子扩散迁移、重组． (2)重结晶或重组后形成一种十分稳定的由{111}和 {100}小面构成的规则多面体，稳定性转变临界尺寸随温 度增高而接近线性增大． (3)纳米晶柱结构的热稳定性对晶柱高度不敏感． 参考文献 【1】GilmerGH，HuangHc，RolandC．ComputMaterSci， 1998；12：354 【2】2 SeifertW，CarlssonN，MillerM，PistolME．ProgCryst GrowthCharactMater,1996；33：423 【313 ZhangZK，CuizL，ChenKZ，WangYN，NingYP． ChinSciBull，1997；42：1535 [4】GoldsteinAN，EcherCM，AlivisatosAP．Science，1992； 256：1425 [5】5 Jin-PhillippNJ，DuK，PhillippF，ZundelM，EberlK．J ApplPhys，2002；91：3255 【6】6 LeonR，KimY，JagadishC，GalM，ZouJ，CockayneD JH，ApplPhysLett．1996；69：1888 [7】ShimJH，LeeBJ，ChoYW．Su4Sci，2002；512：262 [8】DongH，MoonKS，WongCP．JElectronMater,2005； 34：40 [9】WuHA．ComputMaterSci,2004；31：287 【10】LieWC，AcostaAS，FujiokaH，ManoT，MitsuiT， TakeuchiM，OshimaM．JCrystGrowth，2001；229：615 【11】ErcolessiF，AdamsJ．EurophysLett，1994；26：583 [12]ZhouNG，ZhouL，SongGQ，SongZD．ActaMetallSin， 2005；41：809 (周耐根，周浪，宋固全，宋照东．金属学报，2005；41：809) [13]ZhouNG，ZhouL，DuDX．ActaPhysSin，2006；55：372 (周耐根，周浪，杜丹旭．物理学报，2006；55：372) [i4]BockstedteM，LiuSJ，PankratovO，WooCH，HuangH C．ComputMaterSe&2002；23：85 【151NakamuraK，KitagawaT，OsariK，TakahashiK，OnoK． Vacuum，2006；80：761 【16】ToxvaredS．PhysRev,1993；47E：343 【171PehlkeE，MollN，KleyA，SchefflerM．ApplPhys，1997； 65A：525 【18】ZhangJZ，WangZL，LiuJ，ChenSW，LiuGY；Trana- latedbyCaoMS，CaoCB．NANo—StructuresSe鞋一 Assembling．Beijing：ChemicalIndustryPress，2004：70 (张金中，王中林，刘俊，陈少伟，刘刚玉，著；曹茂盛，曹传 宝，译．自组装纳米结构．北京：化学工业出版社，2004：70) [19】KittelC．IntroductiontoSolidStatePhysics．Chapter5， NeWYork：JohnWiley&Sons，Inc，2005 [20】WenYH，ZhuZZ，ZhuRZ，ShaoGF．Physica,2004； 25E：47 [21】KangJW，HwangHJ．ComputMaterSci，2003；27：305 [221LewisLJ，JensenP’BarratJL．PhysRev，1997；56B： 2248 万方数据 纳米晶柱热稳定性研究 作者： 周浪， 周耐根， 宋照东， ZHOU Lang， ZHOU Naigen， SONG Zhaodong 作者单位： 南昌大学材料科学与工程学院,南昌,330031 刊名： 金属学报 英文刊名： ACTA METALLURGICA SINICA 年，卷(期)： 2008，44(1) 引用次数： 0次 参考文献(22条) 1.Gilmer G H.Huang H C.Roland C 查看详情 1998 2.Seifert W.Carlsson N.Miller M.Pistol M E 查看详情 1996 3.Zhang Z K.Cui Z L.Chen K Z.Wang Y N Ning Y P 查看详情 1997 4.Goldstein A N.Echer C M.Alivisatos A P 查看详情 1992 5.Jin-Phillipp N J.Du K.Phillipp F.Zundel M Eberl K 查看详情 2002 6.Leon R.Kim Y.Jagadish C.Gal M Zou J Cockayne D J H 查看详情 1996 7.Shim J H.Lee B J.Cho Y W 查看详情 2002 8.Dong H.Moon K S.Wong C P 查看详情 2005 9.Wu H A 查看详情 2004 10.Lie W C.Acosta A S.Fujioka H.Mano T Mitsui T Takeuchi M Oshima M 查看详情 2001 11.Ercolessi F.Adams J 查看详情 1994 12.周耐根.周浪.宋固全.宋照东 等轴应变作用下Cu,Al薄膜的取向择优生长[期刊论文]-金属学报 2005(8) 13.周耐根.周浪.杜丹旭 面心立方晶体外延膜沉积生长中失配位错的结构与形成过程[期刊论文]-物理学报 2006(1) 14.Bockstedte M.Liu S J.Pankratov O.Woo C H Huang H C 查看详情 2002 15.Nakamura K.Kitagawa T.Osari K.Takahashi K Ono K 查看详情 2006 16.Toxvared S 查看详情 1993 17.Pehlke E.Moll N.Kley A.Scheffler M 查看详情 1997 18.张金中.王中林.刘俊.陈少伟.刘刚玉.曹茂盛.曹传宝 自组装纳米结构 2004 19.Kittel C Introduction to Solid State Physics 2005 20.Wen Y H.Zhu Z Z.Zhu R Z.Shao G F 查看详情 2004 21.Kang J W.Hwang H J 查看详情 2003 22.Lewis L J.Jensen P.Barrat J L 查看详情 1997 相似文献(1条) 1.学位论文 宋照东 表面量子点结构热稳定性的分子动力学模拟研究 2006 表面量子点阵列由于各种纳米尺度限域引起的量子效应而在现代电子和光电子工业中呈现巨大的应用潜力和发展前景。由于表面能的作用，其结构 的热稳定性成为该领域共同关注的重要问题之一。 本文采用三维分子动力学模拟方法，以面心立方金属铝为研究对象，以表面纳米晶柱为模型 ，基于铝的EAM型的多体势函数，研究了表面量子点的结构热稳定性及其失稳过程和机理，包括表面纳米晶柱阵列几何特征和温度对其热稳定性的影响。 研究结果表明，以{111}面为堆垛面、相互垂直的{112}和{110}面为侧面、近正方形为截面的纳米晶柱存在一个临界截面尺寸dc，晶柱截面尺寸小 于dc时，晶柱发生坍塌熔化，大于dc时则不发生此类变化；模拟试验结果显示，dc值随温度升高呈线性增大；坍塌熔化后的原子团会立即发生重结晶 ，形成由{111}和{100}面围成的多面体，这种结构十分稳定，提高退火温度和延长时间直到熔化之前均不能使之发生变化。处于临界尺寸的纳米晶柱在 退火过程中，有可能发生上述熔化—重结晶过程，亦有可能通过表面原子扩散迁移使表面结构重组，形成同样由{111}和{100}面围成的多面体。而大于 上述临界尺寸的纳米晶柱，即使只增大一个原子层，经长时间退火也未观察到整体表面结构的重组，仅在角、棱处有部分原子发生结构重组，而且这些 原子随纳米晶柱截面尺寸增大进一步减少。 模拟结果还显示：增加纳米晶柱高度不影响其稳定性；相邻纳米晶柱表面间距在3.4nm以上时对其稳定 性没有影响，而在3.4nm以下则降低其稳定性。在各种情况下，我们都观察到，退火过程中结构弛豫的结果总是使纳米晶柱的比表面积显著下降。 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jsxb200801007.aspx 下载时间：2009年12月12日