Суперкомпьютерное моделирование современных процессов напыления оптических нанопокрытий

Авторы

  • А.В. Тихонравов
  • И.В. Кочиков
  • Т.В. Амочкина
  • Ф.В. Григорьев
  • О.А. Кондакова
  • В.Б. Сулимов

Ключевые слова:

суперкомпьютерное моделирование
молекулярная динамика
тонкие пленки
нанопокрытия
диоксид кремния

Аннотация

В работе исследуется возможность применения метода молекулярной динамики (ММД) для суперкомпьютерного моделирования современных процессов напыления оптических нанопокрытий. Дается обоснование выбора физических и технологических условий процесса напыления, проводятся оценки наиболее значимых параметров моделирования. Обсуждаются первые результаты использования ММД для моделирования процессов напыления пленок диоксида кремния, свидетельствующие о перспективности применения суперкомпьютерного моделирования для исследования данных процессов.

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2012-10-15

Выпуск

Том 13 (2012): Выпуск 4.

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Авторы

А.В. Тихонравов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
Научно-исследовательский вычислительный центр
Ленинские горы, 119991, Москва
• директор

И.В. Кочиков

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
Научно-исследовательский вычислительный центр
Ленинские горы, 119991, Москва
• ведущий научный сотрудник

Т.В. Амочкина

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
Научно-исследовательский вычислительный центр
Ленинские горы, 119991, Москва
• ведущий научный сотрудник

Ф.В. Григорьев

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
Научно-исследовательский вычислительный центр
Ленинские горы, 119991, Москва
• старший научный сотрудник

О.А. Кондакова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
Научно-исследовательский вычислительный центр
Ленинские горы, 119991, Москва
• старший научный сотрудник

В.Б. Сулимов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
Научно-исследовательский вычислительный центр
Ленинские горы, 119991, Москва
• заведующий лабораторией

Библиографические ссылки

  1. Optical Interference Coatings / Kaiser N., Pulker H., Eds. Berlin: Springer, 2003.
  2. Тихонравов А.В. Обратные задачи оптики сплошных сред // Вестник Моск. ун-та. Серия 15. Вычислительная математика и кибернетика. 2006. № 3. 66-76.
  3. Tikhonravov A., Trubetskov M. Modern design tools and a new paradigm in optical coatings design // Appl. Optics. 2012. 57.
  4. Pulker H. Film deposition methods // Optical Interference Coatings / Kaiser N., Pulker H., Eds. Berlin: Springer, 2003. 131-153.
  5. Schlick T. Molecular modeling and simulation. New York: Springer, 2002.
  6. Rapaport D.C. The art of molecular dynamics simulation. Cambridge: Cambridge University Press, 2004.
  7. Рудяк В.Я. Статистическая аэрогидромеханика гомогенных и гетерогенных сред. 1. Кинетическая теория. Новосибирск: НГАСУ, 2004.
  8. Hinchliffe A. Molecular modelling for beginners. Chichester: Wiley, 2008.
  9. Tuckerman M.E. Statistical mechanics: theory and molecular simulation (Oxford Graduate Texts). Oxford: Oxford University Press, 2010.
  10. Marx D., Hutter J. Ab initio molecular dynamics: basic theory and advanced methods. Cambridge: Cambridge University Press, 2009.
  11. Норман Г.Э., Стегайлов В.В. Стохастическая теория метода классической молекулярной динамики // Матем. моделирование. 2012. 24, № 6. 3-44.
  12. Germann T.C., Kadau K. Trillion atom molecular dynamics simulation becomes a reality // Int. J. Mod. Phys. C. 2008. 19. 1315-1319.
  13. Coquil F., Fang J., Pilon L. Molecular dynamics study of the thermal conductivity of amorphous nanoporous silica // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2011. 54, N 21-22. 4540-4548.
  14. Taguchi M., Hamaguchi S. MD simulations of amorphous SiO_2 thin film formation in reactive sputtering deposition processes // Thin Solid Films. 2007. 515. 4879-4882.
  15. Tangneya P., Scandolo S. An ab initio parametrized interatomic force field for silica // J. Chem. Phys. 2002. 117. 8898-8905.
  16. Pedone A., Malavasi G., Menziani M.C., Segre U., Musso F., Corno M., Civalleri B., Ugliengo P. FFSiOH: a new force field for silica polymorphs and their hydroxylated surfaces based on periodic B3LYP calculations // Chem. Mater. 2008. 20. 2522-2531.
  17. Sayle D.C., Catlow C.R. A., Dulamita N., Healy M.J. F., Maicaneanu S.A., Slater B., Watson G.W. Modelling oxide thin films // Molecular Simulation. 2002. 28. 683-725.
  18. Hasnaoui A., Politano O., Salazar J.M., Aral G., Kalia R.K., Nakano A., Vashishta P. Molecular dynamics simulation of the nano-scale room-temperature oxidation of aluminum single crystals // Surface Science. 2005. 579. 47-57.
  19. Adamovi’c D., Chirita V., Münger E.P., Hultman L., Greene J.E. Kinetic pathways leading to layer-by-layer growth from hyperthermal atoms: a multibillion time step molecular dynamics // Phys. Rev. B. 2007. 76. 115418.
  20. Taguchi M., Hamaguchi S. MD simulation of amorphous SiO_2 thin film formation in reactive sputtering deposition processes // Thin Solid Films. 2007. 515. 4879-4892.
  21. Georgieva V., Saraiva M., Jehanathan N., Lebelev O.I., Depla D., Bogaerts A. Sputter-deposited Mg-Al-O thin films: linking molecular dynamics simulations to experiments // J. Phys. D: Appl. Phys. 2009. 42. 065107.
  22. Baguer N., Georgieva V., Calderin L., Todorov I.T., van Gils S., Bogaerts A. Study of the nucleation and growth of TiO_2 and ZnO films by means of molecular dynamics simulations // J. Cryst. Growth. 2009. 311. 4034-4043.
  23. Saraiva M., Georgieva V., Mahieu S., van Aeken K., Bogaerts A., Depla D. Compositional effects on the growth of Mg(M)O films // J. Appl. Phys. 2010. 107. 034902.
  24. Georgieva V., Todorov I.T., Bogaerts A. Molecular dynamics simulation of oxide thin film growth: importance of the inter-atomic interaction potential // Chemical Physics Letters. 2010. 485. 315-319.
  25. Landmann M., Köhler T., Köppen S., Rauls E., Frauenheim T., Schmidt W.G. Fingerprints of order and disorder in the electronic and optical properties of crystalline and amorphous TiO_2 // Phys. Rev. B. 2012. 86. 064201.
  26. Prasai B., Cai B., Underwood M.K., Lewis J.P., Drabold D.A. Properties of amorphous and crystalline titanium dioxide from first principles // J. Mater. Sci. 2012. 47. 7515-7521.
  27. Pochon S., Pearson D. Ion beam deposition (www.oxford-instruments.com).
  28. Stevenson I., Zinone F., Morton D. Choosing a chamber (www.dentonvacuum.com).
  29. www.mldtech.com
  30. www.veeco.com
  31. Tikhonravov A. et al. Optical parameters of oxide films typically used in optical coating production // Appl. Optics. 2011. 50. 75-85.
  32. Kaiser N. Some fundamentals of optical thin film growth // Optical Interference Coatings / Kaiser N., Pulker H., Eds. Berlin: Springer, 2003. 59-80.
  33. Hoang V.V. Molecular dynamic simulation of amorphous SiO_2 nanoparticles // J. Phys. Chem. B. 2007. 111. 12649-12656.
  34. Von Alfthan S., Kuronen A., Kaski K. Realistic models of amorphous silica: a comparative study of different potentials // Phys. Rev. B. 2003. 68. 073203.
  35. www.gromacs.org