《Cu團簇束在Fe(001)表面沉積薄膜的分子動力學模擬研究》是依託蘭州大學，由張世旭擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Cu團簇束在Fe(001)表面沉積薄膜的分子動力學模擬研究
- 依託單位：蘭州大學
- 項目負責人：張世旭
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
Fe/Cu磁性多層膜具有顯著的巨磁電阻效應，被廣泛地研究和套用。薄膜結構決定了薄膜的性能，而在薄膜製備過程中，薄膜結構已經形成，但由於目前實驗技術和條件的限制，實驗上尚無法觀察到薄膜生長的微觀過程，局限了對薄膜結構形成機制的深入理解。本項目在原有模擬研究工作基礎之上，利用分子動力學模擬方法，重現Cu團簇束在Fe(001)表面沉積薄膜的微觀動態過程，通過改變團簇沉積條件，分析研究團簇沉積能量、團簇尺寸、團簇沉積率和襯底溫度對薄膜結構和性質的影響，深入探究Cu團簇束沉積到Fe(001)表面所形成薄膜的微觀生長機制、結構形成機制和演化規律。模擬結果不僅有助於更好地分析和理解實驗現象，而且可以根據模擬不同沉積條件下所形成薄膜的結構和性質來最佳化實際所需薄膜在實驗上的製備條件。此外，本項目工作可為下一步連續沉積Fe團簇束和Cu團簇束在襯底上生長Fe/Cu磁性多層膜的分子動力學模擬研究奠定堅實的基礎。
結題摘要
Fe/Cu磁性多層膜因顯著的巨磁電阻效應而被廣泛套用，使得關於Fe/Cu磁性多層膜的研究一直為材料科學的研究前沿和熱點之一。薄膜結構決定薄膜的性質。磁控濺射方法是目前在Fe/Cu磁性多層膜材料製備過程中使用最為廣泛的方法，在該沉積方法中，沉積粒子輸送到襯底的過程中，許多沉積粒子將結合形成團簇，最終以團簇的形式沉積到襯底表面，這些團簇的存在將對薄膜質量產生嚴重影響。因此，團簇沉積在Fe/Cu磁性多層膜材料製備過程中起到非常重要作用。目前實驗上尚無法跟蹤團簇沉積的微觀過程，而分子動力學模擬方法可重現團簇沉積的微觀過程，有助更好地理解團簇沉積的微觀機制，從而可在原子水平上展示薄膜生長的微觀過程、揭示薄膜的演化規律。本項目在單個團簇與物質表面相互作用的分子動力學模擬研究基礎上，利用Fortran95語言，編譯Cu團簇在Fe(001)表面沉積薄膜的分子動力學模擬程式，開展Cu團簇束在Fe襯底表面沉積薄膜相關的分子動力學模擬研究，分析不同沉積條件對薄膜質量影響，深入地探究Cu團簇束在Fe(001)表面沉積薄膜的微觀機制。模擬結果表明，團簇初始沉積能量是影響薄膜生長模式的主要因素，團簇尺寸也在一定程度上影響著薄膜的生長模式，而襯底溫度不足以改變薄膜的生長模式。團簇初始沉積能量、團簇尺寸和襯底溫度均對團簇沉積成膜的質量有一定的影響，通過綜合分析薄膜表面粗糙度、薄膜外延度、薄膜內缺陷和薄膜內應力可知，當團簇沉積能量為10eV/atom左右時，尺寸較小的Cu團簇在溫度較低的Fe(001)表面易形成表面光滑、內部缺陷少、較好外延度且與襯底有較強的結合能力的高質量Cu薄膜。此外，在項目執行過程中，開展了Cu55團簇與Fe(001)、Fe(011)、Fe(111)表面相互作用的分子動力學模擬計算，研究襯底晶格取向對團簇沉積效果的影響，模擬結果表明襯底晶格取向對團簇沉積效果有較大影響。本項目研究工作，為連續沉積Fe團簇束和Cu團簇束在襯底上生長Fe/Cu磁性多層膜的分子動力學模擬研究工作奠定堅實的基礎。
