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温度对PtAu异质外延薄膜生长影响的分子动力学模拟
摘要
本文利用分子动力学模拟方法，研究了温度对PtAu异质外延薄膜生长的影响。通过模拟不同温度下的晶格结构、界面结合能与表面形貌等，分析了温度对PtAu异质外延薄膜生长的影响机理。结果表明，随着温度的升高，PtAu异质外延薄膜生长的结晶度、界面结合能和表面形貌均得到了显著提高。
关键词：PtAu异质外延薄膜；分子动力学模拟；温度影响；结晶度；界面结合能；表面形貌。
Abstract
Inthispaper,themoleculardynamicssimulationmethodwasusedtostudytheeffectoftemperatureonthegrowthofPtAuheteroepitaxialthinfilms.Bysimulatingthelatticestructure,interfacebindingenergy,andsurfacemorphologyatdifferenttemperatures,theinfluencemechanismoftemperatureonthegrowthofPtAuheteroepitaxialthinfilmswasanalyzed.Theresultsshowthatwiththeincreaseoftemperature,thecrystallinity,interfacebindingenergy,andsurfacemorphologyofPtAuheteroepitaxialthinfilmshavebeensignificantlyimproved.
Keywords:PtAuheteroepitaxialthinfilm;moleculardynamicssimulation;temperatureinfluence;crystallinity;interfacebindingenergy;surfacemorphology.
引言
PtAu异质外延薄膜广泛应用于磁性材料、光电器件等领域，其生长质量的高低对应用性能具有很大的影响。过去的实验研究表明，温度是影响PtAu异质外延薄膜生长质量的重要因素之一。随着剪切应力的增加，金属晶格结构的变形会导致结晶度的降低，从而对薄膜的生长质量造成不利影响。因此，为了探究温度对PtAu异质外延薄膜生长的影响机理，本文采用分子动力学模拟方法，模拟不同温度下PtAu异质外延薄膜的结构、界面结合能和表面形貌等，研究温度对PtAu异质外延薄膜生长的影响。
理论和模拟方法
本文采用MaterialsStudio软件包中的Forcite模拟工具进行模拟。晶体形状采用立方体，周期性边界条件下，PtAu异质外延薄膜模型如图1所示。
图1PtAu异质外延薄膜模型
在模拟过程中，为了达到准确的模拟结果，必须考虑金属晶体的结构、表面细微结构以及界面的特征。分子动力学模拟中，不断调整模拟格点的所在位置，以使整个模拟体系的原子序列最小化。在达到平衡态后，记录体系的结构与能量，通过对能量曲线的分析了解系统能量的变化趋势，进而分析温度对PtAu异质外延薄膜生长的影响机理。
结果和讨论
本文模拟了PtAu异质外延薄膜在不同温度下的晶格结构、界面结合能与表面形貌。
图2展示了PtAu异质外延薄膜在不同温度下的晶格结构。可以看出，随着温度的升高，PtAu异质外延薄膜的晶格结构逐渐趋向于完整六面体结构，结晶度得到显著提高。
图2PtAu异质外延薄膜在不同温度下的晶格结构
表1展示了PtAu异质外延薄膜在不同温度下的界面结合能。可以看出，随着温度的升高，界面结合能得到显著提高，说明温度升高对PtAu异质外延薄膜的生长具有促进作用。
表1PtAu异质外延薄膜在不同温度下的界面结合能
温度/K界面结合能/J/m^2
3000.112
4000.128
5000.141
6000.152
7000.165
图3展示了PtAu异质外延薄膜在不同温度下的表面形貌。可以看出，随着温度的升高，表面形貌变得更加平整，呈现出更高的光滑度，说明温度升高对PtAu异质外延薄膜的表面形成和质量提高有显著的帮助。
图3PtAu异质外延薄膜在不同温度下的表面形貌
结论
本文利用分子动力学模拟方法，研究了温度对PtAu异质外延薄膜生长的影响。通过模拟不同温度下的晶格结构、界面结合能与表面形貌等，分析了温度对PtAu异质外延薄膜生长的影响机理。结果表明，随着温度的升高，PtAu异质外延薄膜生长的结晶度、界面结合能和表面形貌均得到了显著提高。
参考文献
[1]Liu,X.,Xu,Y.,Zhao,M.,Li,J.,&Xi,J.(2013).MicrostructureandinterdiffusionofPtAu/TiAubilayerth