表面形貌对薄纳米结构稳定性的影响

我们最近研究了原子尺度的结构稳定性
利用分子动力学的独立波浪金(Au)纳米膜
模拟。近年来，波浪形或图案结构在应用中显示出很大的前景各种新兴技术，包括燃料电池
工程，组织工程，生物医学工程，创造
在防伪文件、微电子学、光电子学、纳米机械和许多其他领域的纳米光刻。毫无疑问，这些新应用的成功取决于一个关键因素-电子
图样结构在制造过程中的完整性和稳定性
过程以及在其使用寿命。
然而，从宏观物理角度预测材料稳定性
由于依赖于大小的行为，法律往往变得具有挑战性
纳米材料。纳米结构的尺寸依赖主要来自“表面效应”和“量子效应”，其中表面效应包括由于表面能和表面应力在自由表面的活动，量子效应包括量子限制效应或量子霍尔效应。在这两种效应之间，“表面效应”起着决定材料结构稳定性的主要作用。

在
本研究利用分子动力学模拟的方法，得到了不同温度下不同波浪形金膜的平衡构型。波浪的程度是
通过改变正弦曲面的波长来控制的。四个不同的
电影就这样形成了。的
研究了这些薄膜在五种不同温度下的稳定性
都低于散装黄金的熔点。
一些关键的观察结果如下:

(a)从这些结构的平衡形状可以观察到
波浪表面的稳定性很大程度上取决于温度和程度
波状。

(b)还发现Au薄膜发生了尺寸依赖的熔化
在一定温度范围内以渐进的方式而不是在
一定的固定温度-从基本的块晶体热力学预期。

我们提出了一种新的方法来识别晶体结构的渐进熔化温度，并用该方法证明了渐进熔化是由非均匀性引起的
熔膜沿厚度方向。影片的融化开始于
只有两个自由表面的原子层在温度低于
所谓的体熔化温度。随着加热的继续，整个薄膜
然后逐渐融化。

讨论了表面边界的低温预熔
层对波状薄膜的不稳定性起着至关重要的作用。如图所示
而在特定温度下，如810 K时，存在临界膜厚
在此以下，整个结构发生熔化;否则它是受限的
只在边界层。它是
认识到波状膜的膜厚是波状膜的五倍
小于810 K时的临界厚度。然而，事实证明，表面
波浪在薄膜中表现为次级薄膜，并且较小
波长方面，亚膜厚度的主要分数下降了
临界厚度为810K。结果，一些波浪薄膜变得不稳定。在
升高的温度，如1080k或更高，薄膜无法维持
它们的结构是由于Au薄膜的熔点降低。

简而言之，目前的工作表明，波浪形表面的稳定性严重依赖于温度和表面粗糙度。

这项工作已被接受发表在《纳米技术》杂志上，并将于2008年6月在线发表。