| | |
 Проведено моделювання методом молекулярної динаміки процесів імплантації іонів низьких енергій (зокрема, іонів водню) у надструктури вуглецевих нанотрубок. Також розроблено напіваналітичну стохастичну теорію кінетики орієнтованої взаємодії іонів з нанотрубками, яка добре описує результати математичного моделювання. |
| |
|
 Вперше в методи моделювання взаємодії іонів з вуглецевими нанотрубками методом обмеженої молекулярної динаміки введено ефективні іон-атомні парні потенціали. Вони узгоджені з універсальним потенціалом ZBL і специфічними для вуглецевих наноструктур потенціалами притягання Терсофа (H-C) і Бреннера (C-C), що враховують іон-атомне притягання (Рисунок 1). |
| |
 |
 |
| а) |
б) |
Рисунок 1 – Радіальні залежності потенціалів іон-атомної взаємодії для іонів водню (а) і вуглецю (б). Суцільні криві - універсальний потенціал ZBL. |
| |
|
Вперше у світі побудовано орієнтаційні залежності профілів імплантації іонів водню та власних іонів вуглецю кеВ-них енергій у надструктури (джгути) вуглецевих нанотрубок (ВНТ) (рисунок 2). |
| |
 |
 |
| а) |
б) |
Рисунок 2 – Профілі впровадження іонів вуглецю (а) і водню (б) |
| |
|
Показано, що форми та орієнтаційні залежності профілів узгоджуються з динамікою іонів у потенціальних рельєфах поперечного безперервного потенціалу і суттєво різняться залежно від виду потенціалу іон-атомної взаємодії. Для потенціалів із сильною іон-атомною зв'язком, характерних насамперед для водню, притягання іонів до стінок вуглецевих нанотрубок кардинально впливає на пробіг у режимі каналювання та форму профілю впровадження. |
| | |
| Встановлено взаємозв'язок профілів впровадження з динамікою і кінетикою каналювання іонів у ВНТ. |
| |
|
Розраховано рельєфи безперервних ліндхардовських потенціалів надструктур вуглецевих нанотрубок для іонів вуглецю та водню. На рисунку 3 наведено рельєфи для іонів водню. Насиченість сірого кольору пропорційна логарифму величини потенціалу. |
| |
|
Рисунок 3 – Рельєфи безперервного потенціалу надструктури ВНТ для іонів водню: а – універсальний іон-атомний потенціал відштовхування ZBL; б, в – Brenner (слабкий і сильний зв'язок) |
| |
|
За допомогою моделювання вперше показано, що літературні дані, які обмежують поведінку критичних кутів ψc(E) деканалювання іонів із нанотрубок енергетичною залежністю ∞E-½, застосовні лише для високих енергій іонів або для кута нижнього порогу проколювання іоном стінки ВНТ. |
| |
|
Введено і підтверджено моделюванням критичні кути ψc(E) каналювання іонів низьких енергій у нанотрубках. |
| |
 |
| |
|
Кутова ширина орієнтаційних залежностей гальмівної здатності ВНТ і профілів впровадження іонів узгоджується з розрахунками ψc(E) за цими формулами для всіх потенціалів. |
| |
|
Багатопікові профілі впровадження іонів у джгути вуглецевих нанотрубок (рисунок 4) вперше описані теоретично з використанням розвиненої феноменологічної моделі, яка дозволяє визначати за даними моделювання основні кінетичні параметри орієнтаційного ефекту. |
| |
 |
| |
 |
 |
| а) |
б) |
Рисунок 4 – Результати теоретичного опису розрахованих методом молекулярної динаміки профілів впровадження іонів вуглецю різних енергій у джгут ВНТ залежно від енергії іонів (а) та від кута орієнтації пучка до осі нанотрубок (б). |
