МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ПОВЕДЕНИЯ НИОБИЯ И ЕГО НАНОПЛЕНОК: СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ И ОСТАТОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Сведения об авторах
  • Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук, Ижевск, Российская Федерация
  • Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук, Ижевск, Российская Федерация

Аннотация

Работа посвящена исследованию механических свойств наноматериалов из ниобия. Исследования проводились при помощи атомистического математического моделирования с помощью метода молекулярной динамики. В качестве силового потенциала был использован модифицированный метод погруженного атома. В исследовании проведен комплексный анализ механических свойств кристаллического ниобия и его нанопленок с использованием математического моделирования, а также изучены остаточные напряжения при осаждении нанопленки кобальта. Для кристаллического ниобия установлено, что скорость деформации существенно влияет на неупругое поведение материала, в то время как упругий отклик (модуль Юнга ≈ 120 ГПа) демонстрирует высокую согласованность с литературными данными (погрешность 3,2 %), подтверждая адекватность модели. Разрушение образца происходит ближе к центру, сопровождаясь образованием зон разрыва при критической деформации, что указывает на послойную перестройку структуры. Исследование нанопленок ниобия выявило снижение модуля Юнга до 30 ГПа при толщине 3,3 нм, что объясняется эффектами микроразмеров, дефектами и границами зерен. Наблюдаемое перед разрушением чередование упорядоченных и неупорядоченных атомных зон подчеркивает роль структурной неоднородности. При осаждении 1,5 нм пленки кобальта на ниобиевую подложку выявлены колебательные изменения компонент тензора напряжений, связанные с тепловыми флуктуациями и локальным взаимодействием. Гидростатическое напряжение близко к нулю, что свидетельствует об отсутствии объемных деформаций. Ключевым выводом является доминирование упругих деформаций в подложке, несмотря на воздействие осаждаемых атомов. Работа демонстрирует высокую чувствительность механических свойств ниобия к структурным особенностям и внешним условиям. Полученные результаты значимы для проектирования наноустройств и покрытий, где критичны контроль остаточных напряжений и учет размерных эффектов.

Ключевые слова

ниобиймолекулярная динамикаматематическое моделированиеММПАLAMMPSмеханические свойствамодуль Юнгатензор напряженийнанопленкинанокомпозитосаждение.

Литература

  1. 1.Атомно-слоевое осаждение и термические превращения титан-ванадиевых оксидных тонких пленок / А.И. Абдулагатов, А.М. Максумова, Д.К. Палчаев, М.Х. Рабаданов, И.М. Абдулагатов // Журнал прикладной химии. – 2021. – Т. 94, № 7. – С. 835–848. Scholar
  2. 2.George, S.M. Atomic layer deposition: an overview / S.M. George // Chemical reviews. – 2010. – Vol. 110, no. 1. – P. 111–131. DOI: 10.1021/cr900056b Scholar
  3. 3.Морозова, А.А. Атомно слоевое осаждение сверхтонких пленок для наноэлектроники / А.А. Морозова // Наноинженерия. – 2012. – № 11. – С. 3–6. Scholar
  4. 4.Кашин, А.С. Формирования наноразмерных покрытий и наночастиц металлов путем магнетронного распыления и их исследование методом сканирующей электронной микроскопии / А.С. Кашин, В.П. Анаников // Известия Академии наук. Серия химическая. – 2011. – № 12. – С. 2551–2551. Scholar
  5. 5.Gudmundsson, J.T. Introduction to magnetron sputtering / J.T. Gudmundsson, D. Lundin // High power impulse magnetron sputtering: chapter in book. – Elsevier, 2020. – P. 1–48. DOI: 10.1016/B978-0-12-812454-3.00006-1 Scholar
  6. 6.Структура покрытий Ir-Al2O3, полученных методом химического осаждения из паровой фазы в атмосфере водорода / Н.В. Гельфонд, Н.Б. Морозова, И.К. Игуменов, Е.С. Филатов, С.А. Громилов, Р.И. Квон // Журнал структурной химии. – 2009. – Т. 50, № 5. – С. 955–959. Scholar
  7. 7.Zhang, Y.I. Review of chemical vapor deposition of graphene and related applications / Y.I. Zhang, L. Zhang, C. Zhou // Accounts of chemical research. – 2013. – Vol. 46, no. 10. – P. 2329–2339. DOI: 10.1021/ar300203n Scholar
  8. 8.Vacancy dynamics in niobium and its native oxides and their potential implications for quantum computing and superconducting accelerators / M. Wenskat, J. Čížek, M.O. Liedke, M. Butterling, M. Stiehl, G.D.L. Semione [et al.] // Physical Review B. – 2022. – Vol. 106, no. 9. – P. 094516. DOI: 10.1103/PhysRevB.106.094516 Scholar
  9. 9.Niobium quarter-wave resonator with the optimized shape for quantum information systems / S.V. Kutsaev, K. Taletski, R. Agustsson, P. Carriere, A.N. Cleland, Z.A. Conway, É. Dumur, A. Moro, A.Y. Smirnov // EPJ quantum technology. – 2020. – Vol. 7, no. 1. – P. 1–17. DOI: 10.1140/epjqt/s40507-020-00082-8 Scholar
  10. 10.Ultra-high field NMR and MRI–the role of magnet technology to increase sensitivity and specificity / E. Moser, E. Laistler, F. Schmitt, G. Kontaxis // Frontiers in Physics. – 2017. – Vol. 5. – P. 33.1–15. DOI: 10.3389/fphy.2017.00033 Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 5, 2025)
Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
17.12.2025
В выпуске
17.12.2025
Выпуск
№ 5 (2025)
Поделиться