(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu cơ chế khuếch tán trong vật liệu vô định hình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ THANH HÀ NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ KHUẾCH TÁN TRONG VẬT LIỆU VÔ ĐỊNH HÌNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ THANH HÀ NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ KHUẾCH TÁN TRONG VẬT LIỆU VÔ ĐỊNH HÌNH Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết vật lý toán Mã số: 62440103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TSKH Phạm Khắc Hùng GS TS Nguyễn Quang Báu Hà Nội - 2014 lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thanh Hà LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS, TSKH Phạm Khắc Hùng GS, TS Nguyễn Quang Báu, người thầy tận tình hướng dẫn tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô Bộ môn vật lý lý thuyết, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc Gia Hà nội tạo điều kiện cho tơi suốt q trình làm việc nghiên cứu đề tài luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng đào tạo sau Đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc Gia Hà nội tạo điều kiện cho suốt trình làm việc nghiên cứu đề tài luận án Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện làm việc Bộ môn Vật lý Tin học, Viện Vật lý Kỹ Thuật suốt trình nghiên cứu thực luận án Cuối xin bày tỏ lịng biết ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp dành tình cảm, động viên, giúp đỡ tơi vượt qua khó khăn để hồn thành luận án Hà nội, ngày tháng năm 2014 Nguyễn Thị Thanh Hà MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Mục lục .1 Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ , đồ thị .5 Mở đầu Chương TỔNG QUAN VỀ KHUẾCH TÁN TRONG CÁC HỆ MẤT TRẬT TỰ VÀ TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC TRONG CHẤT LỎNG CẤU TRÚC MẠNG 13 1.1 Khuếch tán hệ trật tự 13 1.1.1 Các mơ hình khuếch tán hệ trật tự 14 1.1.2 Mô khuếch tán lưới trật tự 19 1.2 Các hệ chất lỏng cấu trúc mạng 26 1.2.1 Hệ ơxít .26 1.2.2 Hệ SiO2 27 1.3 Động học chất lỏng cấu trúc mạng .31 1.3.1 Hiện tượng không đồng động học .31 1.3.2 Tính đa thù hình 33 1.3.3 Khuếch tán dị thường 35 1.4 Hiệu ứng tương quan 37 Chương MÔ PHỎNG KHUẾCH TÁN TRÊN LƯỚI MẤT TRẬT TỰ.40 2.1 Phương pháp Monte Carlo động 40 2.1.1 Thuật toán Monte Carlo động 41 2.1.2 Mô khuếch tán lưới trật tự 43 2.2 Khuếch tán lưới trật tự 45 2.2.1 Khuếch tán hạt 45 2.2.2 Khuếch tán nhiều hạt 48 Chương MÔ PHỎNG KHUẾCH TÁN TRONG SiO2 LỎNG 59 3.1 Phương pháp động lực học phân tử xây dựng mơ hình SiO2 lỏng 59 3.1.1.Thuật toán động lực học phân tử 60 3.1.2 Xây dựng mơ hình SiO2 lỏng 63 3.2 Khảo sát mơ hình SiO2 lỏng nhiệt độ áp suất khác nhau… 68 3.2.1 Mơ hình SiO2 lỏng nhiệt độ khác 68 3.2.2 Mơ hình SiO2 lỏng áp suất khác 73 Chương HIỆU ỨNG TƯƠNG QUAN ĐỐI VỚI ĐỘNG HỌC TRONG SiO2 LỎNG 80 4.1 Động học theo chế chuyển đổi đơn vị cấu trúc 80 4.1.1.Cơ chế chuyển đổi đơn vị cấu trúc 80 4.1.2 Biểu thức tính hệ số khuếch tán 83 4.2 Các tượng động học 87 4.2.1 Hiện tượng không đồng động học 87 4.2.2 Khuếch tán dị thường SiO2 lỏng 99 4.3 Tính đa thù hình 105 KẾT LUẬN 110 DANH MỤC CƠNG TRÌNH 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO .112 PHỤ LỤC 125 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ĐLHPT Động lực học phân tử MC Monte – Carlo VĐH Vơ định hình HPBXT Hàm phân bố xuyên tâm PBSiOx Phân bố chuyển đổi SiOxSiOx1 DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1 Đại lượng liên quan đến khuếch tán lưới trật tự trường hợp hạt 46 Bảng 2.2 Đại lượng liên quan đến khuếch tán lưới trật tự trường hợp nhiều hạt 48 Bảng 3.1 Các thông số BKS hệ SiO2 66 Bảng 3.2 Đặc trưng vi cấu trúc SiO2 lỏng nhiệt độ khác 69 Bảng 3.3 Đặc trưng vi cấu trúc SiO2 lỏng áp suất khác 74 Bảng 4.1 Đặc trưng động học SiO2 lỏng nhiệt độ khác 85 Bảng 4.2 Đặc trưng động học SiO2 lỏng áp suất khác 85 Bảng 4.3 Các đặc trưng mô động lực học mẫu áp suất 95 Bảng 4.4 Đặc trưng mô động lực học mẫu nhiệt độ 102 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Mơ hình lượng rào ngẫu nhiên 17 Hình 1.2 Mơ hình lượng vị trí ngẫu nhiên 17 Hình 1.3 Mơ hình kết hợp mơ hình lượng vị trí rào thề ngẫu nhiên 17 Hình 1.4 Mơ hình bị chặn ngẫu nhiên 18 Hình 1.5 Mơ hình Miller Abrahams 18 Hình 2.1 Sự phụ thuộc tỷ lệ thời gian trung bình hai bước nhảy liên tiếp jump/c vào nhiệt độ mô  nồng độ lượng x 47 Hình 2.2 Sự phụ thuộc hệ số tương quan F vào nhiệt độ nồng độ lượng lưới trật tự vị trí trật tự chuyển tiếp Hình 2.3 Sự phụ thuộc FM/FS vào nồng độ hạt lưới trật tự 51 Hình 2.4 Sự phụ thuộc jumpM/jumpS vào nồng độ hạt lưới trật tự 51 Hình 2.5 Sự phụ thuộc vào nồng độ hạt hệ số khuếch tán 52 Hình 2.6 Sự phụ thuộc hệ số khuếch tán vào nồng độ hạt nhiệt độ lưới trật tự vị trí 52 Hình 2.7 Sự phụ thuộc ln(DG/DC) lưới trật tự 54 47 trường hợp hạt vào nhiệt độ Hình 2.8 Sự phụ thuộc ln(DG/DC) lưới trật tự 54 trường hợp nhiều hạt vào nồng độ hạt Hình 2.9 Sự phụ thuộc hệ số khuếch tán vào nồng độ hạt nhiệt độ lưới trật tự kết hợp 57 Hình 2.10 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ ln(DG/DC); 57 Hình 3.1 Thế BKS BKS hiệu chỉnh cho hệ SiO2 66 Hình 3.2 Các đơn vị cấu trúc bản: SiO4 (a); SiO5 (b); 69 SiO6 (c); liên kết hai đơn vị cấu trúc (d) Hình 3.3 Cấu trúc mạng hệ SiO2 lỏng nhiệt độ khác 71 Hình 3.4 Sự phụ thuộc độ dịch chuyển bình phương trung bình ngun tử Si vào thời gian mơ 72 Hình 3.5 Hệ số khuếch tán SiO2 lỏng nhiệt độ khác 72 Hình 3.6 Sự phụ thuộc tỷ lệ đơn vị cấu trúc SiOx (x=4,5,6) vào áp suất hệ SiO2 nhiệt độ 3000K 75 Hình 3.7 Cấu trúc mạng hệ SiO2 lỏng áp suất khác nhau, nhiệt độ 3000K 76 Hình 3.8 Sự phụ thuộc độ dịch chuyển bình phương trung bình vào thời gian mơ 77 Hình 3.9 Hệ số khuếch tán áp suất khác 77 Hình 4.1 Mơ tả thay đổi số phối trí Si theo thời gian 81 Hình 4.2 Sự thay đổi số phối trí SiOx mẫu mơ SiO2 nhiệt độ T= 3000K 81 Hình 4.3 Sự thay đổi số phối trí Zj(n) Si O theo thời gian mơ 83 Hình 4.4 Sự phụ thuộc số chuyển đổi Mtrans vào số bước mô nMD nhiệt độ áp suất khác 86 Hình 4.5 Sự phụ thuộc độ dịch chuyển bình phương trung bình vào số chuyển đổi Mtrans 86 Hình 4.6 Sự phụ thuộc thời gian sống trung bình SiOx vào nhiệt độ 87 Hình 4.7 Sự phụ thuộc thời gian sống trung bình SiOx vào áp suất 88 Hình 4.8 Phân bố chuyển đổi xảy nguyên tử Si điều kiện nhiệt độ 88 Hình 4.9 Mơ tả vùng chọn mẫu mơ 91 Hình 4.10 Mơ tả vùng linh động (có tần suất chuyển đổi 91 } /* if(i==45) { printf("tintran %6d%6d%6d\n",i,tran[i],trans[i]); for(j=0;j