СТОХАСТИЧЕСКАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ ДИНАМИКА НАНОСТРУКТУР ПОРИСТОСТИ И КЛАСТЕРОВ КОНДЕНСАЦИИ

Abstract

Формирование пористости материалов при имплантации высокоэнергетических ионов инертных газов в твердую поверхность, конденсация паров в плазме разряда с образованием наночастиц, образование доменов в ферроэлектриках, зарождение пульсаций турбулентности и другие процессы можно моделировать, формулируя кинетические уравнения в частных производных: Колмогорова–Феллера, Смолуховского или Фоккера–Планка. В работе рассматриваются процессы фазовых переходов на начальной стадии с помощью компьютерного моделирования. Кластеризация зародышей новой фазы и их броуновское движение анализируются методами стохастической молекулярной динамики на основе решения стохастических дифференциальных уравнений для траекторий случайных процессов, которыми описываются модели неравновесных стадий зародышеобразования, в результате получаем распределения плотностей вероятности или кинетических функций распределения, позволяющих рассмотреть механизмы возникновения неравновесных состояний начальной стадии фазового перехода 1-го или 2-го рода. Распределения кластеров (капель конденсации) по размерам отражают роль неустойчивостей фазового перехода, приводящих к формированию неравновесной бимодальной зависимости числа наночастиц от размера, для карбида кремния моделирование может быть учтено при получении как наноразмерных аморфных порошков, так и тонких покрытий. Образование пористости в кристаллической решетке при взаимодействии потока инертных газов и их имплантации в тонкие слои поверхности твердого образца приводит к образованию слоев аморфизации покрытия. Накопление деформаций в решетке за счет пористости зависит от энергии ионов и температуры с поверхности. Новым в характеристике процессов фазового перехода являются «структуры» самоорганизации, долгоживущие пространственно-временные образования в многомерных фазовых пространствах стохастических динамических переменных, таких как размеры частиц, скорости, координаты и др., связанные с моделями кластеризации (или нуклеацией). Алгоритмы численного метода устойчивы, метод стохастической молекулярной динамики для непрерывных траекторий дополнен статистическими алгоритмами потоков Пуассона для скачкообразных случайных процессов. Рассмотрены флуктуации заряда на зародышах капель в разряде и локальные напряжения, вызываемые пористостью в кристаллической решетке образца, а также уточнение коэффициента теплопроводности пористого карбида кремния для высоких температур.